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2024年新人教版高考物理一轮复习课件 DISIZHANG 第四章抛体运动与圆周运动圆周运动目标要求1.熟练掌握描述圆周运动的各物理量之间的关系.2.掌握匀速圆周运动由周期性引起的多解问题的分析方法.3.会分析圆周运动的向心力来源，掌握圆周运动的动力学问题的分析方法，掌握圆锥摆模型.第3讲内容索引考点一 圆周运动的运动学问题考点二 圆周运动的动力学问题课时精练考点一圆周运动的运动学问题1.描述圆周运动的物理量梳理必备知识ω2r2.匀速圆周运动(1)定义：如果物体沿着圆周运动，并且线速度的大小处处 ，这种运动叫作匀速圆周运动.(2)特点：加速度大小 ，方向始终指向 ，是变速运动.(3)条件：合外力大小 、方向始终与 方向垂直且指向圆心.相等不变圆心不变速度判断正误1.匀速圆周运动是匀变速曲线运动.( )2.物体做匀速圆周运动时，其线速度是不变的.( )3.物体做匀速圆周运动时，其所受合外力是变力.( )4.匀速圆周运动的向心加速度与半径成反比.( )××√×1.对公式v ＝ωr 的理解当ω一定时，v 与r 成正比.当v 一定时，ω与r 成反比.提升关键能力在v 一定时，a n 与r 成反比；在ω一定时，a n 与r 成正比.3.常见的传动方式及特点同轴转动皮带传动齿轮传动装置A、B两点在同轴的一个圆盘上两个轮子用皮带连接，A、B两点分别是两个轮子边缘的点两个齿轮轮齿啮合，A、B两点分别是两个齿轮边缘上的点例1 如图，A 、B 两艘快艇在湖面上做匀速圆周运动，在相同时间内，它们通过的路程之比是4∶3，运动方向改变的角度之比是3∶2，则它们A.线速度大小之比为4∶3B.角速度之比为3∶4C.圆周运动的半径之比为2∶1D.向心加速度大小之比为1∶2考向1 圆周运动物理量的分析和计算√时间相同，路程之比即线速度大小之比，为4∶3，A项正确；由于时间相同，运动方向改变的角度之比即对应扫过的圆心角之比，等于角速度之比，为3∶2，B项错误；线速度之比除以角速度之比等于半径之比，为8∶9，C项错误；由向心加速度a n＝ 知，线速度平方之比除以半径之比即向心加速度大小之比，为2∶1，D项错误.例2 (多选)在如图所示的齿轮传动中，三个齿轮的半径之比为2∶3∶6，当齿轮传动的时候，关于小齿轮边缘的A点和大齿轮边缘的B点，下列说法正确的是A.A点和B点的线速度大小之比为1∶1B.A点和B点的角速度之比为1∶1C.A点和B点的角速度之比为3∶1D.A点和B点的线速度大小之比为1∶3考向2 圆周传动问题√√题图中三个齿轮边缘的线速度大小相等，则A点和B点的线速度大小之比为1∶1，由v＝ωr可知，线速度一定时，角速度与半径成反比，则A点和B点角速度之比为3∶1，故A、C正确，B、D错误.例3 (多选)如图所示，直径为d 的竖直圆筒绕中心轴线以恒定的转速匀速转动.一子弹以水平速度沿圆筒直径方向从左侧射入圆筒，从右侧射穿圆筒后发现两弹孔在同一竖直线上且相距为h ，重力加速度为g ，则考向3 圆周运动的多解问题√√√考点二圆周运动的动力学问题梳理必备知识1.匀速圆周运动的向心力(1)作用效果向心力产生向心加速度，只改变速度的 ，不改变速度的 .(2)大小(3)方向始终沿半径方向指向 ，时刻在改变，即向心力是一个变力.方向大小mrω2圆心2.离心运动和近心运动(1)离心运动：做圆周运动的物体，在所受合外力突然消失或不足以提供圆周运动所需向心力的情况下，就做 的运动.(2)受力特点(如图)①当F ＝0时，物体沿 方向飞出，做匀速直线运动.②当0<F <mrω2时，物体逐渐 圆心，做 运动.③当F >mrω2时，物体逐渐 ，做 运动.(3)本质：离心运动的本质并不是受到离心力的作用，而是提供的力____做匀速圆周运动需要的向心力.逐渐远离圆心切线远离离心向圆心靠近近心小于3.匀速圆周运动与变速圆周运动中合力、向心力的特点(1)匀速圆周运动的合力：提供向心力.(2)变速圆周运动的合力(如图)①与圆周相切的分力F t产生切向加速度a t，改变线速度的大小，当a t与v 同向时，速度增大，做加速圆周运动，反向时做减速圆周运动.②指向圆心的分力F n提供向心力，产生向心加速度a n，改变线速度的方向 .判断正误1.做匀速圆周运动的物体，当所受合外力突然减小时，物体将沿切线方向飞出.( )2.摩托车转弯时速度过大就会向外发生滑动，这是摩托车受沿转弯半径向外的离心力作用的缘故.( )3.向心力可以由物体受到的某一个力提供，也可以由物体受到的合力提供.( )4.在变速圆周运动中，向心力不指向圆心.( )××√×提升关键能力1.向心力来源向心力是按力的作用效果命名的，可以由重力、弹力、摩擦力等各种力提供，也可以是几个力的合力或某个力的分力提供，因此在受力分析中要避免再另外添加一个向心力.2.匀速圆周运动中向心力来源运动模型向心力的来源图示汽车在水平路面转弯水平转台(光滑)圆锥摆飞车走壁飞机水平转弯火车转弯3.变速圆周运动中向心力来源如图所示，当小球在竖直面内摆动时，沿半径方向的合力提供向心力，F n＝F T－mg cos θ＝ ，如图所示.4.圆周运动中动力学问题的分析思路考向1 圆周运动的动力学问题例4 (多选)(2021·河北卷·9)如图，矩形金属框MNQP 竖直放置，其中MN 、PQ 足够长，且PQ 杆光滑，一根轻弹簧一端固定在M 点，另一端连接一个质量为m 的小球，小球穿过PQ 杆，金属框绕MN 轴分别以角速度ω和ω′匀速转动时，小球均相对PQ 杆静止，若ω′>ω，则与以ω匀速转动时相比，以ω′匀速转动时A.小球的高度一定降低B.弹簧弹力的大小一定不变C.小球对杆压力的大小一定变大D.小球所受合外力的大小一定变大√√对小球受力分析，设弹簧弹力为F T，弹簧与水平方向的夹角为θ，可知θ为定值，F T不变，则当转速增大后，小球的高度不变，弹簧的弹力不变，A错误，B正确；水平方向当转速较小，杆对小球的弹力F N背离转轴时，则F T cos θ－F N＝mω2r即F N＝F T cos θ－mω2r当转速较大，F N指向转轴时，则F T cos θ＋F N′＝mω′2r即F N′＝mω′2r－F T cos θ因ω′>ω，根据牛顿第三定律可知，小球对杆的压力不一定变大，C错误；根据F合＝mω2r可知，因角速度变大，则小球所受合外力变大，D正确.例5 (2022·全国甲卷·14)北京2022年冬奥会首钢滑雪大跳台局部示意图如图所示.运动员从a处由静止自由滑下，到b处起跳，c点为a、b之间的最低点，a、c两处的高度差为h.要求运动员经过c点时对滑雪板的压力不大于自身所受重力的k倍，运动过程中将运动员视为质点并忽略所有阻力，则c点处这一段圆弧雪道的半径不应小于√考向2 圆锥摆模型例6 (2023·辽宁省六校联考)四个完全相同的小球A、B、C、D均在水平面内做圆锥摆运动.如图甲所示，小球A、B在同一水平面内做圆锥摆运动(连接B球的绳较长)；如图乙所示，小球C、D在不同水平面内做圆锥摆运动，但是连接C、D的绳与竖直方向之间的夹角相等(连接D球的绳较长)，则下列说法错误的是A.小球A、B角速度相等B.小球A、B线速度大小相等C.小球C、D所需的向心加速度大小相等D.小球D受到绳的拉力与小球C受到绳的拉力大小相等√例7 如图所示，质量相等的甲、乙两个小球，在光滑玻璃漏斗内壁做水平面内的匀速圆周运动，甲在乙的上方.则A.球甲的角速度一定大于球乙的角速度B.球甲的线速度一定大于球乙的线速度C.球甲的运动周期一定小于球乙的运动周期D.甲对内壁的压力一定大于乙对内壁的压力√例8 如图所示，质量均为m的a、b两小球用不可伸长的等长轻质绳子悬挂起来，使小球a在竖直平面内来回摆动，小球b在水平面内做匀速圆周运动，连接小球b的绳子与竖直方向的夹角和小球a摆动时绳子偏离竖直方向的最大夹角都为θ，重力加速度为g，则下列说法正确的是A.a、b 两小球都是所受合外力充当向心力B.a、b两小球圆周运动的半径之比为tan θ√小球a速度大小变化，只有在最低点时所受合外力充当向心力，而小球b做匀速圆周运动，所受合外力充当向心力，故A错误；小球a到达最高点时速度为零，将重力正交分解，有F a＝mg cos θ，故D错误.方法点拨圆锥摆模型考向3 生活中的圆周运动例9 列车转弯时的受力分析如图所示，铁路转弯处的圆弧半径为R，两铁轨之间的距离为d，内外轨的高度差为h，铁轨平面和水平面间的夹角为α(α很小，可近似认为tan α≈sin α)，重力加速度为g，下列说法正确的是√列车以规定速度转弯时受到重力、支持力的作用，重力和支持力的合力提供向心力，A错误；若要提高列车过转弯处的速度，则列车所需的向心力增大，故需要增大α，D错误.三课时精练基础落实练1.空中飞椅深受年轻人的喜爱，飞椅的位置不同，感受也不同，关于飞椅的运动，下列说法正确的是A.乘坐飞椅的所有爱好者一起做圆周运动，最外侧的 飞椅角速度最大B.缆绳一样长，悬挂点在最外侧的飞椅与悬挂在内侧的飞椅向心加速度 大小相等C.飞椅中的人随飞椅一起做圆周运动，受重力、飞椅的支持力与向心力√D.不管飞椅在什么位置，缆绳长短如何，做圆周运动的飞椅角速度都相同乘坐飞椅的所有爱好者一起做匀速圆周运动，其角速度相同，故A错误，D正确；根据a n＝rω2，由A可知角速度相同，当转动半径越大，向心加速度越大，故悬挂在最外侧飞椅的向心加速度大，故B错误；向心力是由重力和支持力的合力提供的，故C错误.2.(2021·全国甲卷·15)“旋转纽扣”是一种传统游戏.如图，先将纽扣绕几圈，使穿过纽扣的两股细绳拧在一起，然后用力反复拉绳的两端，纽扣正转和反转会交替出现.拉动多次后，纽扣绕其中心的转速可达50 r/s，此时纽扣上距离中心1 cm处的点向心加速度大小约为A.10 m/s2B.100 m/s2√C.1 000 m/s2D.10 000 m/s2根据匀速圆周运动的规律，此时ω＝2πn＝100π rad/s，向心加速度a＝ω2r≈1 000 m/s2，故选C.3.无级变速箱是自动挡车型变速箱的一种，比普通的自动变速箱换挡更平顺，没有冲击感.如图为其原理图，通过改变滚轮位置实现在变速范围内任意连续变换速度.A、B为滚轮轴上两点，变速过程中主动轮转速不变，各轮间不打滑，则A.从动轮和主动轮转动方向始终相反B.滚轮在B处时，从动轮角速度小于主动轮角速度C.滚轮从A到B，从动轮线速度先增大后减小D.滚轮从A到B，从动轮转速先增大后减小√。
