期末复习知识点总结

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期末复习知识点总结(圆周运动、动能定理、静电场)一、圆周运动 (一)匀速圆周运动定义:任意相等时间内通过的弧长都相等的圆周运动—理想化模型。

(一) 特征物理量:为了描述匀速圆周运动的快慢引入的物理量1. 线速度(矢量):(1)t s v /=(比值法定义)单位—m/s(2) 方向:圆周轨迹的切线方向2. 角速度(矢量):(1)t /ϕω=(比值法定义)单位—rad/s(2) 方向:右手螺旋定则3. 周期T(s)转速n(r/s 或r/min):当单位时间取秒时,转速n 与频率f 在数值上相等关系:T=1/n4.关系:Rv n T t ====ππϕω22 ωππR Rn TR t s v ====22 判断:根据ωR v =,v 与R 成正比(F ) (二) 匀速圆周运动的条件引入:物体做曲线运动的条件:切向力改变速度大小,法向力改变速度方向。

1. 条件:(1)初速度0v ;(2)R n m R T m v m R v m mR F F v F 22222244,ππωω⋅=⋅⋅=⋅====⊥向合合 2. 说明:(1)向心力:效果力——只改变速度方向,不改变速度大小,由实际受的性质力提供。

变力——方向始终指向圆心(2)向心力产生的加速度叫做向心加速度,方向指向圆心;向心加速度描述速度方向变化的快慢R n R T v R v R a a v a 22222244,ππωω⋅=⋅⋅=⋅====⊥向合合 典例分析:1. 皮带传动与地球2. 自行车问题(不用管)3. 周期运动4. 气体分子速率的测定(不用管)5. 向心力实验6. 车辆转弯和火车转弯问题例1:例2: 火车转弯问题(1)如图所示是轨道与火车的示意图:工字型铁轨固定在水泥基础上,火车的两轮都有轮缘,突出的轮缘一般起定位作用;(2)若是平直轨道转弯,只能依靠外轨道对火车外轮缘的侧压力提供向心力,该侧压力的反作用力作用在铁轨上,长此以往会对铁轨造成极大的破坏作用,甚至会引起轨道变形,导致翻车事故;(3)实际铁轨采用什么方法减小火车在转弯处对轨道的破坏作用呢?分析:如图所示,实际铁轨在转弯处造得外轨高于内轨,即将外轨垫高,则轨道平面与水平面有一倾角α,火车转弯时,铁轨对火车的支持力N 的方向不再是竖直的,而是斜向轨道内侧,与重力的合力指向圆心,提供火车转往的向心力,满足Rm v m g 20tan =θ,(R 是转弯处轨道半径) 所以θtan 0gR v =(4)讨论:当0v v =时,θtan mg 恰好提供所需向心力,轮缘对内外轨道均无压力;当0v v >时,θtan mg 不足以提供所需向心力,需要外轨道对外轮轮缘施加一个侧压力,补充不足的向心力,此时火车轮缘对外轨道由侧压力;当0v v <时,θtan mg 大于所需向心力,需要内轨道对内轮轮缘施加一个侧压力,此时火车轮缘对内轨道由侧压力;7. 车辆过桥: 22⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=->=-r v m mg N gr v r v m N mg 凹桥:平抛凸桥: 8. 竖直面圆周运动的临界条件:非匀速圆周运动(重点)(1) 绳(类似圆轨道内侧);gr v ≥高(2) 杆(类似圆轨道外侧):0≥高v例1:一小球质量为m ,用长为L 的悬绳(不可伸长,质量不计)固定于O 点,在O 点正下方L /2处钉有一颗钉子,如图4-3-6所示,将悬线沿水平方向拉直无初速释放后,当悬线碰到钉子后的瞬间A .小球线速度没有变化B .小球的角速度突然增大到原来的2倍C .小球的向心加速度突然增大到原来的2倍D .悬线对小球的拉力突然增大到原来的2倍析:小球撞钉子后做单摆运动、竖直面圆周运动的条件例2:如图所示,一竖直平面内光滑圆形轨道半径为R ,小球以速度v 0经过最低点B 沿轨道上滑,并恰能通过轨道最高点A .以下说法正确的是( ) (A )v 0应等于2gR ,小球到A 点时速度为零(B )v 0应等于gR 5,小球到A 点时速度和加速度都不为零 (C )小球在B 点时加速度最大,在A 点时加速度最小(D )小球从B 点到A 点,其速度的增量为()gR 51+例3:如图所示水平轨道BC ,左端与半径为R 的四分之一圆周AB 光滑连接,右端与四分之三圆周CDEF 光滑连接,圆心分别为O 1和O 2。

质量为m 的过山车从距离环底高为R 的A 点处,由静止开始下滑,且正好能够通过环顶E 点,不计一切摩擦阻力。

则过山车在通过C 点后的瞬间对环的压力大小为______________,在过环中D 点时的加速度大小为______________。

例4. 质量为m 的小球由轻绳a 和b 系于一轻质木架上的A 点和C 点,如图所示。

当轻杆绕轴BC 以角速度ω匀速转动时,小球在水平面内做匀速圆周运动,绳a 在竖直方向、绳b 在水平方向。

当小球运动到图示位置时,绳b 被烧断的同时杆也停止转动,则( BCD )A. 小球仍在水平面内做匀速圆周运动B. 在绳被烧断瞬间,a 绳中张力突然增大C. 若角速度ω较小,小球在垂直于平面ABC 的竖直平面内摆动D. 若角速度ω较大,小球可以在垂直于平面ABC 的竖直平面内做圆周运动9. 离心现象与临界问题(重点)例1:.如图所示,水平转盘上放有质量m 的物块,当物块到转轴的距离为r 时,连接物块和转轴的绳子刚好拉直(绳子上拉力为零),物块和转盘间最大静摩擦力是其正压力的μ倍,求:(1)当转盘的角速度r g21μω=时,细绳的拉力1T(2)当转盘的角速度rg 232μω=时,细绳的拉力21T二、动能定理B【基础知识】一、动能1.定义:物体由于运动而具有的能叫做动能.2.公式:E k =mv 2,动能的单位是焦耳. 说明:(1)动能是状态量,物体的运动状态一定,其动能就有确定的值,与物体是否受力无关.(2)动能是标量,且动能恒为正值,动能与物体的速度方向无关.一个物体,不论其速度的方向如何,只要速度的大小相等,该物体具有的动能就相等.(3)像所有的能量一样,动能也是相对的,同一物体,对不同的参考系会有不同的动能.没有特别指明时,都是以地面为参考系相对地面的动能.二、动能定理1.内容:力在一个过程中对物体所做的功,等于物体在这个过程中动能的变化.2.表达式:W=E -E ,W 是外力所做的总功,E 、E 分别为初末状态的动能.若初、末速度分别为v 1、v 2,则E =mv 21,E =mv . 3.物理意义:动能定理揭示了外力对物体所做的总功与物体动能变化之间的关系,即外力对物体做的总功,对应着物体动能的变化,变化的大小由做功的多少来度量.动能定理的实质说明了功和能之间的密切关系,即做功的过程是能量转化的过程.利用动能定理来求解变力所做的功通常有以下两种情况:①如果物体只受到一个变力的作用,那么:W=E k2-E k1.只要求出做功过程中物体的动能变化量ΔE k ,也就等于知道了这个过程中变力所做的功.②如果物体同时受到几个力作用,但是其中只有一个力F 1是变力,其他的力都是恒力,则可以先用恒力做功的公式求出这几个恒力所做的功,然后再运用动能定理来间接求变力做的功:W 1+W 其他=ΔE k .可见应把变力所做的功包括在上述动能定理的方程中.③注意以下两点:a.变力的功只能用表示功的符号W 来表示,一般不能用力和位移的乘积来表示.b.变力做功,可借助动能定理求解,动能中的速度有时也可以用分速度来表示.122k 1k 1k 1k 1k 122k 1222三、理解动能定理(1)力(合力)在一个过程中对物体所做的功,等于物体在这个过程中动能的变化。

这就是动能定理,其数学表达式为 W=E k2-E k1。

通常,动能定理数学表达式中的W有两种表述:一是每个力单独对物体做功的代数和,二是合力对物体所做的功。

这样,动能定理亦相应地有两种不同的表述:①外力对物体所做功的代数和等于物体动能的变化。

②合外力对物体所做的功等于物体动能的变化。

基础知识检测:1.物体由于________而具有的能叫做动能,反之,凡是做__________的物体都具有动能,质量为m的物体,以速度v运动时的动能是E k=____________。

2.国际单位制中,动能的单位是____________。

1970年我国发射的第一颗人造地球卫星,质量为173kg,运动速度为7.2km/s,它的动能是______________。

3.动能是矢量还是标量?______________;动能是状态量还是过程量?_____________;动能可能小于零吗?____________;动能具有相对性,参考系的不同,速度就不同,动能就_________。

4.动能是由物体的质量和速度的大小共同决定的,由于速度是矢量,因此,物体的速度变化,动能__________。

5.力在一个过程中对物体所做的功等于_________________________________。

这个结论叫做_________,可用公式表述为W=___________,其中E k1表示____________,E k2表示____________,W表示__________。

如果物体受到几个力的作用,则动能定理中的W表示______________。

6.物体的动能增加,表示物体的动能增量是___________值,合外力对物体做的功为_________值;反之,物体的动能减少,表示物体的动能增量是______值,合外力对物体做的功为_____值。

典例剖析:动能定理的应用例:如图所示,一质量为2 kg的铅球从离地面2 m高处自由下落,陷入沙坑2 cm深处,求沙子对铅球的平均阻力.解析:解法一:小球的运动分为自由下落和陷入沙坑减速运动两个过程,根据动能定理,分段列式.设铅球自由下落过程到沙面时的速度为v ,则mgH=mv 2-0 设铅球在沙中受到的阻力为F ,则:mgh-Fh=0-mv 2代入数据解得F=2 020 N 解法二:全程列式:全过程中重力做功mg (H+h ),进入沙中阻力做功-Fh ,全程来看动能变化为零,则由W=E k2-E k1得mg (H+h )-Fh=0解得F= = N=2 020 N ***应用动能定理(1)动能定理应用的思路动能定理中涉及的物理量有F 、l 、m 、v 、W 、E k 等,在处理含有上述物理量的力学问题时,可以考虑使用动能定理。

由于只需从力在各段位移内的功和这段位移始末两状态动能变化去研究,无需注意其中运动状态变化的细节,又由于功和动能都是标量,无方向性,无论是对直线运动或曲线运动,计算都会特别方便。

当题给条件涉及力的位移效应,而不涉及加速度和时间时,用动能定理求解一般比用牛顿第二定律和运动学公式求解简便。