第三讲圆周运动及应用省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

第1页第2页一、描述圆周运动物理量及其相互关系一、描述圆周运动物理量及其相互关系 描述圆周运动物理量主要有线速度、角速度、周期、描述圆周运动物理量主要有线速度、角速度、周期、转速、向心加速度、向心力等，现比较以下表：转速、向心加速度、向心力等，现比较以下表：相切相切快慢快慢第3页圈数圈数转动快慢转动快慢第4页方向方向方向方向圆心圆心圆心圆心大小大小第5页二、匀速圆周运动与非匀速圆周运动二、匀速圆周运动与非匀速圆周运动两种运动详细比较以下表两种运动详细比较以下表项项目目匀速匀速圆圆周运周运动动非匀速非匀速圆圆周运周运动动定定义义线速度大小不变圆周运动线速度大小不停改变圆周运动运运动动特点特点F向、a向、v均大小不变，方向改变，不变F向、a向、v大小、方向均发生改变，发生改变向心向心力力F向向F合合由F合沿半径方向分力提供第6页三、离心运动和近心运动三、离心运动和近心运动1离心运动离心运动(1)本质：本质：离心现象是惯性表现离心现象是惯性表现离心运动并非沿半径方向飞出运动，而是运动半径变离心运动并非沿半径方向飞出运动，而是运动半径变大，或沿切线方向飞出大，或沿切线方向飞出离心运动并不是受到什么离心力作用离心运动并不是受到什么离心力作用第7页(2)受力特点：受力特点：当当F 时时，物体做匀速，物体做匀速圆圆周运周运动动；当当F0时时，物体沿，物体沿 飞飞出；出；当当Fmr2时时，物体逐步，物体逐步远远 图图431离离圆圆心，心，F为实际为实际提供向心力如提供向心力如图图431所表示所表示mr2切切线线第8页2向心运动向心运动当提供向心力合外力大于做圆周运动所需向心力时，即当提供向心力合外力大于做圆周运动所需向心力时，即F mr2，物体渐渐向圆心运动如图，物体渐渐向圆心运动如图431所表示所表示第9页尤其提醒尤其提醒物体运动状态是由力决定，物体做离心运物体运动状态是由力决定，物体做离心运动还是近心运动，关键是看提供向心力和所需向心力大动还是近心运动，关键是看提供向心力和所需向心力大小关系小关系第10页1.如图如图432为一个早期自行车，这种不带链条传动为一个早期自行车，这种不带链条传动自行车前轮直径很大，这么设计在当初主要是自行车前轮直径很大，这么设计在当初主要是为了为了 ()图图432第11页A.提升速度提升速度B提升提升稳稳定性定性C骑骑行方便行方便 D减小阻力减小阻力第12页解析：解析：人蹬自行人蹬自行车车角速度与自行角速度与自行车车前前轮轮相同，依据相同，依据vr，前，前轮轮半径很大，其半径很大，其线线速度也很大，能速度也很大，能够够提升自提升自行行车车前前进进速度，速度，选项选项A正确正确答案：答案：A第13页2如如图图433为质为质点点P、Q做匀速做匀速圆圆周运周运动动加速度随半径改加速度随半径改变变图线图线，表示，表示质质点点P图线图线是双曲是双曲线线，表示，表示质质点点Q图线图线是是过过原点原点一条直一条直线线，由，由图线图线可知可知()图图433A质质点点P线线速度大小不速度大小不变变B质质点点P角速度大小不角速度大小不变变C质质点点Q角速度随半径改角速度随半径改变变D质质点点Q线线速度大小不速度大小不变变第14页答案：答案：A第15页3关于向心力关于向心力说说法中正确是法中正确是 ()A物体因物体因为为做做圆圆周运周运动动而而产产生了一个指向生了一个指向圆圆心力心力就是向心力就是向心力B向心力不能改向心力不能改变变做做圆圆周运周运动动物体速度大小物体速度大小C做匀速做匀速圆圆周运周运动动物体，其向心力是不物体，其向心力是不变变D做做圆圆周运周运动动物体，其所受外力物体，其所受外力协协力方向一力方向一定指向定指向圆圆心心第16页解析：解析：向心力向心力时时刻指向刻指向圆圆心，其方向一定是改心，其方向一定是改变变，C错错误误；因向心力与速度方向垂直，故向心力不改；因向心力与速度方向垂直，故向心力不改变变物体速物体速度大小，度大小，B正确；只有做匀速正确；只有做匀速圆圆周运周运动动物体，其合外力物体，其合外力才一直指向才一直指向圆圆心，心，D错误错误；物体因受到指向；物体因受到指向圆圆心力而做心力而做圆圆周运周运动动，A错误错误答案：答案：B第17页4如如图图434所表示，一小球用所表示，一小球用细绳悬细绳悬挂挂于于O点，将其拉离点，将其拉离竖竖直位置一个角度后直位置一个角度后释释放，放，则则小球以小球以O点点为圆为圆心做心做圆圆周运周运动动，运运动动中小球所需向心力是中小球所需向心力是 ()A绳绳拉力拉力 图图434B重力和重力和绳绳拉力拉力协协力力C重力和重力和绳绳拉力拉力协协力沿力沿绳绳方向分力方向分力D重力沿绳方向分力重力沿绳方向分力第18页解析：解析：分析向心力起源时就沿着半径方分析向心力起源时就沿着半径方向求协力即可，注意作出正确受力分向求协力即可，注意作出正确受力分析图如图所表示，对小球进行受力分析，析图如图所表示，对小球进行受力分析，它受到重力和绳子拉力作用，向心力它受到重力和绳子拉力作用，向心力是指向圆心方向协力所以，它能够是小球所受协力是指向圆心方向协力所以，它能够是小球所受协力沿绳方向分力，也能够是各力沿绳方向分力协力沿绳方向分力，也能够是各力沿绳方向分力协力答案：答案：C第19页5以下关于离心现象说法正确是以下关于离心现象说法正确是 ()A当物体所受离心力大于向心力时产生离心现象当物体所受离心力大于向心力时产生离心现象B做匀速圆周运动物体，当它所受一切力都消失做匀速圆周运动物体，当它所受一切力都消失时，它将做背离圆心圆周运动时，它将做背离圆心圆周运动C做匀速圆周运动物体，当它所受一切力都突然做匀速圆周运动物体，当它所受一切力都突然消失时，它将沿切线做直线运动消失时，它将沿切线做直线运动D做匀速圆周运动物体，当它所受一切力都突然做匀速圆周运动物体，当它所受一切力都突然消失时，它将做曲线运动消失时，它将做曲线运动第20页解析：解析：物体做匀速物体做匀速圆圆周运周运动时动时，合外力必，合外力必须满须满足物体所足物体所需要向心力需要向心力Fm2r.若若F0，物体因，物体因为惯为惯性而沿切性而沿切线线飞飞出，若出，若Fm2r，物体因，物体因为惯为惯性而性而远远离离圆圆心，心，并不是受到离心力作用所以并不是受到离心力作用所以A、B、D均均错错，C正确正确答案：答案：C第21页6.如如图图435所表示，在所表示，在倾倾角角为为30光滑斜面上，有一光滑斜面上，有一根根长为长为L0.8 m细绳细绳，一，一端固定在端固定在O点，另一端系一点，另一端系一质质量量为为m0.2 kg小球，小小球，小 图图435球沿斜面做球沿斜面做圆圆周运周运动动，试计试计算：算：(g10 m/s2)(1)小球小球经过经过最高点最高点A最小速度最小速度(2)若若细绳细绳抗拉力抗拉力为为Fmax10 N，小球在最低点，小球在最低点B最大最大速度是多少？速度是多少？第22页答案：答案：(1)2 m/s(2)6 m/s第23页第24页典例启迪典例启迪例例1(桂林桂林质检质检)某种某种变变速自行速自行车车，有六个，有六个飞轮飞轮和三个和三个链轮链轮，如，如图图436所表示，所表示，链轮链轮和和飞轮齿飞轮齿数以下表所表数以下表所表示，前、后示，前、后轮轮直径直径约为约为660 mm，人，人骑该骑该种自行种自行车车行行进进速速度度为为4 m/s时时，脚，脚踩踩踏板做匀速踏板做匀速圆圆周运周运动动角速度最小角速度最小值约值约为为 ()第25页名称名称链轮链轮飞轮飞轮齿齿数数N/个个 4838 28 151618212428A1.9 rad/s B3.8 rad/sC6.5 rad/s D7.1 rad/s图图436第26页思绪点拨思绪点拨解答本题时应把握好以下几个关系：解答本题时应把握好以下几个关系：(1)后轮与飞轮角速度相等；后轮与飞轮角速度相等；(2)链轮与飞轮边缘线速度相等；链轮与飞轮边缘线速度相等；(3)当飞轮齿数取最小值、链轮齿数取最大值时，脚踏板当飞轮齿数取最小值、链轮齿数取最大值时，脚踏板角速度有最小值角速度有最小值第27页第28页答案答案B第29页归纳领悟归纳领悟两种常见传动装置特点两种常见传动装置特点(1)同轴传动：固定在一起共轴转动物体上各点角速度同轴传动：固定在一起共轴转动物体上各点角速度相同；相同；(2)皮带传动：不打滑摩擦传动和皮带皮带传动：不打滑摩擦传动和皮带(或齿轮或齿轮)传动传动两轮边缘上相接触各点线速度大小相等两轮边缘上相接触各点线速度大小相等第30页题组题组突破突破1如如图图437所表示，靠摩擦所表示，靠摩擦传动传动做匀速做匀速转动转动大、小两大、小两轮轮接触面互不打滑，大接触面互不打滑，大轮轮半径是小半径是小轮轮半径半径2倍倍A、B分分别为别为大、小大、小轮边缘轮边缘上点，上点，C为为大大轮轮上一条半径中点上一条半径中点则则 ()图图437第31页A两两轮转动轮转动角速度相等角速度相等B大大轮转动轮转动角速度是小角速度是小轮轮2倍倍C质质点加速度点加速度aA2aBD质质点加速度点加速度aB4aC第32页答案：答案：D第33页2如如图图438所表示所表示为为某一皮某一皮带传动带传动装置主装置主动轮动轮半半径径为为r1，从，从动轮动轮半径半径为为r2.已知主已知主动轮动轮做做顺时针转动顺时针转动，转转速速为为n，转动过转动过程中皮程中皮带带不打滑以下不打滑以下说说法正确法正确是是 ()图图438第34页第35页答案：答案：B第36页典例启迪典例启迪例例2某某桥桥面面设计设计行行车车速度每小速度每小时时100公里假公里假设设一一辆辆质质量量m2.0 t小小轿车轿车，驶过驶过半径半径R90 m一段一段圆圆弧形弧形桥桥面，面，重力加速度重力加速度g10 m/s2.求：求：第37页(1)若桥面为凹形，小轿车以若桥面为凹形，小轿车以20 m/s速度经过桥面最低点速度经过桥面最低点时，对桥面压力是多大？时，对桥面压力是多大？(2)若桥面为凸形，小轿车以若桥面为凸形，小轿车以10 m/s速度经过桥面最高点速度经过桥面最高点时，对桥面压力是多大？时，对桥面压力是多大？(3)小轿车以多大速度经过凸形桥面顶点时，对桥面刚好没小轿车以多大速度经过凸形桥面顶点时，对桥面刚好没有压力？有压力？第38页思绪点拨思绪点拨分析小轿车所在处轿车受力情况，依据沿分析小轿车所在处轿车受力情况，依据沿半径方向合外力提供向心力列式求解，再应用牛顿第三半径方向合外力提供向心力列式求解，再应用牛顿第三定律求出小轿车对桥面压力定律求出小轿车对桥面压力第39页第40页第41页答案答案(1)2.89104 N(2)1.78104 N(3)30 m/s第42页 归纳领悟归纳领悟 “轻绳轻绳”、“轻杆轻杆”两种模型比较两种模型比较第43页第44页题组题组突破突破3如如图图439所表示，在双人花所表示，在双人花样样滑冰运滑冰运动动中，有中，有时时会看到被男会看到被男运运动员动员拉着女运拉着女运动员动员离开地离开地面在空中做面在空中做圆锥摆圆锥摆运运动动精彩精彩场场面，目面，目测测体重体重为为G女运女运动动员员做做圆锥摆圆锥摆运运动时动时和水平冰面和水平冰面 图图439夹夹角角约为约为30，重力加速度，重力加速度为为g，估算，估算该该女运女运动员动员 ()第45页第46页答案：答案：B第47页4在高速公路拐弯在高速公路拐弯处处，通常路面都是外高内低如，通常路面都是外高内低如图图4310所表示，在某路段汽所表示，在某路段汽车车向左拐弯，司机左向左拐弯，司机左侧侧路面比右路面比右侧侧路面低一些汽路面低一些汽车车运运动动可看成是做半径可看成是做半径为为R圆圆周运周运动动设设内外路面高度差内外路面高度差为为h，路基水平，路基水平宽宽度度为为d，路面，路面宽宽度度为为L.已知重力加速度已知重力加速度为为g.要使要使车轮车轮与路面之与路面之间间横向摩擦力横向摩擦力(即垂直于前即垂直于前进进方向方向)等于零，等于零，则则汽汽车转车转弯弯时车时车速速应应等于等于 ()第48页第49页答案：答案：B第50页5如如图图4311所表示，小球在所表示，小球在竖竖直放置直放置光滑光滑圆圆形管道内做形管道内做圆圆周运周运动动，内，内侧侧壁半径壁半径为为R，小球半径，小球半径为为r，则则以下以下说说法正确是法正确是()图图4311第51页第52页答案：答案：C第53页典例启迪典例启迪例例3如如图图4312所表示，在光滑所表示，在光滑圆锥圆锥体体顶顶端用端用长为长为l细线悬细线悬挂一挂一质质量量为为m小球小球圆锥圆锥体固定在水平面上体固定在水平面上不不动动，其，其轴线轴线沿沿竖竖直方向，母直方向，母线线与与轴轴线线之之间夹间夹角角为为30.小球以速率小球以速率v绕绕 图图4312圆锥圆锥体体轴线轴线在水平面内做匀速在水平面内做匀速圆圆周运周运动动第54页第55页思思绪绪点点拨拨当小球做当小球做圆圆周运周运动动速率速率v足足够够大大时时，小球有可能脱离小球有可能脱离圆锥圆锥体表面，所以体表面，所以应该应该求出求出临临界速界速度，然后度，然后对对(1)、(2)问问中速度下小球运中速度下小球运动动情况做出判情况做出判断断第56页第57页第58页答案答案(1)1.03mg(2)2mg第59页归纳领归纳领悟悟(1)先确定先确定临临界界值值v0，再，再对对v1、v2所所对应对应情况做出判断，情况做出判断，能能够够降低解降低解题题盲目性，少走弯路盲目性，少走弯路(2)当小球与当小球与圆锥圆锥面脱离后，面脱离后，线线与与竖竖直方向直方向夹夹角角发发生生了改了改变变，应应重新重新设设角度角度第60页题组题组突破突破6(芜芜湖模湖模拟拟)如如图图4313所所 示，物示，物块块在水平在水平圆盘圆盘上，与上，与圆盘圆盘 一起一起绕绕固定固定轴轴匀速匀速转动转动，以下，以下说说 法中正确是法中正确是 ()A物物块处块处于平衡状于平衡状态态 图图4313B物物块块受三个力作用受三个力作用C在角速度一定在角速度一定时时，物，物块块到到转轴转轴距离越距离越远远，物，物块块越不越不轻轻易脱离易脱离圆盘圆盘D在物在物块块到到转轴转轴距离一定距离一定时时，物，物块块运运动动周期越小，周期越小，越不越不轻轻易脱离易脱离圆盘圆盘第61页答案：答案：B第62页7如如图图4314所表示，用所表示，用细绳细绳一端系一端系着着质质量量为为M0.6 kg物体物体A静止静止在水平在水平转盘转盘上，上，细绳细绳另一端另一端经过转经过转盘盘中心光滑小孔中心光滑小孔O吊着吊着质质量量为为m0.3 kg小球小球B，A重心到重心到O点点距离距离为为0.2 m若若A与与转盘间转盘间最最大静摩擦力大静摩擦力为为Ff2 N，为为使小球使小球B 图图4314保持静止，求保持静止，求转盘绕转盘绕中心中心O旋旋转转角速度角速度取取值值范范围围(取取g10 m/s2)第63页解析：解析：要使要使B静止，静止，A必必须须相相对对于于转盘转盘静止静止含有与含有与转盘转盘相同角速度相同角速度A需要向心力由需要向心力由绳绳拉力和静摩擦力合成角拉力和静摩擦力合成角速度取最大速度取最大值时值时，A有离心有离心趋势趋势，静摩擦力指向，静摩擦力指向圆圆心心O；角；角速度取最小速度取最小值时值时，A有向心运有向心运动趋势动趋势，静摩擦力背离，静摩擦力背离圆圆心心O.对对于于B：FTmg，对对于于A：FTFfMr12或或FTFfMr22，解得解得16.5 rad/s，22.9 rad/s所以所以2.9 rad/s6.5 rad/s.答案：答案：2.9 rad/s6.5 rad/s第64页第65页(12分分)一内壁光滑一内壁光滑环环形形圆圆管位于管位于竖竖直平面内，直平面内，环环半径半径为为R(比比圆圆管半径大得多管半径大得多)，圆圆管中有两个直径与管中有两个直径与圆圆管内径相同管内径相同小球小球A、B(可可视为质视为质点点)已知已知A球球质质量量为为m1，B球球质质量量为为m2，它，它们们沿沿环环形形圆圆管管顺时针顺时针运运动动，经过经过最低点最低点时时速度都速度都为为v0.设设A球运球运动动到最低点到最低点时时，B球恰好运球恰好运动动到最高点，若要到最高点，若要此此时时两球作用于两球作用于圆圆管管协协力力为为零，那么零，那么m1、m2、R与与v0应满应满足什么关系？足什么关系？第66页自主尝试自主尝试(试一试，能否做到正确解答试一试，能否做到正确解答)第67页第68页第69页第70页点击下列图进入点击下列图进入“创新演练创新演练大冲关大冲关”第71页