圆周运动经典题型归纳(中等 难度)
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1、 圆周运动基本物理量与传动装置
1共轴传动
例1. 如图所示,一个圆环以竖直直径AB为轴匀速转动,则环上M、N两点的角速度之比为_____________,周期之比为___________,线速度之比为___________.
2皮带传动
例二.图示为某一皮带传动装置。主动轮的半径为r1,从动轮的半径为r2。已知主动轮做顺时针转动,转速为n,转动过程中皮带不打滑。下列说法正确的是
A.从动轮做顺时针转动 B.从动轮做逆时针转动
C.从动轮的转速为n D.从动轮的转速为n
3齿轮传动
例3如图所示,A、B两个齿轮的齿数分别是z1、z2,各自固定在过O1、O2的轴上,其中过O1的轴与电动机相连接,此轴每分钟转速为n1.求:
(1)B齿轮的转速n2;
(2)A、B两齿轮的半径之比;
(3)在时间t内,A、B两齿轮转过的角度之比
4、混合题型
图所示的传动装置中,B、C两轮固定在一起绕同一轴转动,A、B两轮用皮带传动,三轮半径关系是rA=rC=2rB;若皮带不打滑,则A、B、C轮边缘的a、b、c三点的角速度之比ωa:ωb:ωc= ;线速度之比va:vb:vc=
2、 向心力来源
1、由重力、弹力或摩擦力中某一个力提供
例1:洗衣机的甩干桶竖直放置.桶的内径为20厘米,工作被甩的衣物贴在桶壁上,衣物与桶壁的动摩擦因数为0.025.若不使衣物滑落下去,甩干桶的转速至少多大?
2、在匀速转动的水平盘上,沿半径方向放着三个物体
A,B,C,Ma=Mc=2Mb,他们与盘间的摩擦因数相等。他们到转轴的距离的关系为Ra<Rb<Rc,当转盘的转速逐渐增大时,哪个物体先开始滑动,相对盘向哪个方向滑
A. B先滑动,沿半径向外 B B先滑动,沿半径向内
C C先滑动,沿半径向外
D C先滑动,沿半径想内
3、一质量为0.5kg的小球,用0.4m长的细线拴住在竖直面内作圆周运动,(1)当小球恰好能通过最高点时的速度为多少?(2)当小球在最高点速度为4m/s时,细线的拉力是多少?(取g=10m/s 2 )
2、向心力由几个力的合力提供
(1)由重力和弹力的合力提供
例1:半径为R的半球型碗底的光滑内表面,质量为m的小球正以角速度ω,在一水平面内作匀速圆周运动,试求此时小球离碗底的高度h (2)由弹力和摩擦力提供
例2:如图所示,用细绳一端系着的质量为 M =0.6kg的物体 A 静止在水
平转盘上,细绳另一端通过转盘中心的光滑小孔O 吊着质量为m =0.3kg的小球 B , A 的重心到 O 点的距离为0.2m.若 A 与转盘间的最大静摩擦力为 f =2N,为使小球 B 保持静止,求转盘绕中心 O 旋转的角速度 ω 的取值范围.(取 g =10m/s 2 )
(3)由拉力一个分力提供
例3:升降机内悬挂一圆锥摆,摆线长为1m,小球质量为0.5kg,当升降机以2m/s 2 的加速度匀加速上升时,摆线恰好与竖直方向成θ=37°角,试求:(1)小球的转速;(2)摆线的拉力.(g取10m/s 2 )(4)由重力、支持力、拉力的合力提供
例4:用一根细线一端系一小球(可视为质点),另一端固定在一光滑圆锥顶上,如图所示,设小球在水平面内作匀速圆周运动的角速度为ω,线的张力为T,则T随ω2变化的图象是()
3圆周问题的周期性
例1圆周运动与直线运动
如图所示,直径为d的圆形纸筒以角速度ω绕轴心O匀速转动.一子弹沿直径射入圆筒.若圆筒旋转不到半周时,子弹在圆筒上先后留下a,b两个弹孔,且∠aOb=θ,则子弹的速度为多少?
例2圆周运动与匀加速运动
一个水平放置的圆桶正绕中轴匀速转动,桶上有一小孔,桶壁很薄,当小孔运动到桶的上方时,在孔的正上方H处有一小球由静止开始下落,已知孔半径大于球半径,为了让小球下落时不受任何阻碍,桶半径R与H应是什么关系?
例3:圆周运动与曲线运动
如图所示,有A、B球绕同一恒星O做圆周运动,运转方向相同,A的周期为T1,B的周期为T2,在某一时刻两球第一次相遇(即相距最近),则经过时间多长时间两球又相遇?
4圆锥摆模型
例1:一个半径为R的内壁光滑的半球形碗固定在水平地面上,若使质量为m的小球贴着碗的内壁在水平面内以角速度ω做匀速圆周运动,如图所示。若角速度ω增大,设圆周平面距碗底的高度为h、回旋半径为r、向心力为F,则 [ ]
A. h变大;r变大;F变大 B.h变小;r变小;F变大B. C.h不变;r不变;F变大 D.h变大;r变大;F变小
例2:摆线的拉力
如图所示,一个光滑的圆锥体固定在水平桌面上,其轴线沿竖直方向,母线与轴线之间的夹角为θ=30°.一长为L的轻绳一端固定在圆锥体的顶点O处,另一端拴着一个质量为m的小物体.物体以速度v绕圆锥体的轴线在水平面内做匀速圆周运动.(结果可保留根式)(1) 当 v 1 = 时,求绳对物体的拉力;
(2) (2)当 v 2 = L时,求绳对物体的拉力.
例3:周期的计算
两个质量相同的小球,在同一水平面内做匀速圆周运动,悬点相同,如图所示,A运动的半径比B的大,则( )
A. A球周期大 B.B球周期大
B. AB球周期一样大 D.无法比较
例4:动态分析
长为L的细线,拴一质量为m的小球,一端固定于O点.让其在水平面内做匀速圆周运动(这种运动通常称为圆锥摆运动),如图.求摆线L与竖直方向的夹角为α时:若球角速度增大,则
(1) 线的拉力F;
(2) 小球运动的线速度的大小;
(3) 小球运动的角速度及周期.
4、 圆周运动经典模型
(1)轻绳模型
例1小球恰好能在竖直面内的半圆环内做圆周运动,小球从A点抛出,已知CD=2R,下列说法正确的是( )
A小球落在C点左端 B小球落在C点
C小球落在C点右端 D都有可能
(2)轻杆模型
半径R=0.5m的管状轨道内,有一质量为m=0.3kg的小球在做圆周运动,通过最高点时小球的速率为2m/s取g=10m/s2则( )
A外轨道受到24N的压力 B外轨道受到6N的压力
C内轨道受到24N的压力 D内轨道受到6N的压力
(3)拱桥模型
在用高级沥青铺设的高速公路上,汽车的设计时速是108km/h,汽车在这种路面上行驶时,它的轮胎与地面的最大静摩擦力等于车重的0.6倍.
(1) 如果汽车在这种高速公路的水平弯道上拐弯,假设弯道的路面是水平的,其弯道的最小半径是多少?
(2) )如果高速路上设计了圆弧拱桥做立交桥,要使汽车能够以设计时速安全通过圆弧拱桥,这个圆弧拱桥的半径至少是多少?(取