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1、2022年高考物理 押題突破(重要地位+突破策略+審題方法+總結(jié)歸納)專題九 圓周運(yùn)動(dòng)教案
一、重要地位
二、突破策略
例1:如圖3-1所示,兩根輕繩同系一個(gè)質(zhì)量m=0.1kg的小球,兩繩的另一端分別固定在軸上的A、B兩處,上面繩AC長(zhǎng)L=2m,當(dāng)兩繩都拉直時(shí),與軸的夾角分別為30°和45°,求當(dāng)小球隨軸一起在水平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)角速度為ω=4rad/s時(shí),上下兩輕繩拉力各為多少?
【審題】?jī)衫K張緊時(shí),小球受的力由0逐漸增大時(shí),ω可能出現(xiàn)兩個(gè)臨界值。
【總結(jié)】當(dāng)物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí),所受合外力一定指向圓心,在圓周的切線方向上和垂直圓周平面的方向上的合外力必然為零。
(2)
2、同軸裝置與皮帶傳動(dòng)裝置
在考查皮帶轉(zhuǎn)動(dòng)現(xiàn)象的問(wèn)題中,要注意以下兩點(diǎn):
a、同一轉(zhuǎn)動(dòng)軸上的各點(diǎn)角速度相等;
圖3-2
b、和同一皮帶接觸的各點(diǎn)線速度大小相等,這兩點(diǎn)往往是我們解決皮帶傳動(dòng)的基本方法。
例2:如圖3-2所示為一皮帶傳動(dòng)裝置,右輪的半徑為r,a是它邊緣上的一點(diǎn),左側(cè)是一輪軸,大輪半徑為4r,小輪半徑為2r,b點(diǎn)在小輪上,到小輪中心距離為r,c點(diǎn)和d點(diǎn)分別位于小輪和大輪的邊緣上,若在傳動(dòng)過(guò)程中,皮帶不打滑,則
A.a(chǎn)點(diǎn)與b點(diǎn)線速度大小相等
B.a(chǎn)點(diǎn)與c點(diǎn)角速度大小相等
C.a(chǎn)點(diǎn)與d點(diǎn)向心加速度大小相等
D.a(chǎn)、b、c、d四點(diǎn),加速度最小的是b點(diǎn)
圖3-3
3、
【總結(jié)】該題除了同軸角速度相等和同皮帶線速度大小相等的關(guān)系外,在皮帶傳動(dòng)裝置中,從動(dòng)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)是靜摩擦力作用的結(jié)果.從動(dòng)輪受到的摩擦力帶動(dòng)輪子轉(zhuǎn)動(dòng),故輪子受到的摩擦力方向沿從動(dòng)輪的切線與輪的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同;主動(dòng)輪靠摩擦力帶動(dòng)皮帶,故主動(dòng)輪所受摩擦力方向沿輪的切線與輪的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反。是不是所有
的題目都要是例1這種類型的呢?當(dāng)然不是,當(dāng)輪與輪之間不是依靠皮帶相連轉(zhuǎn)動(dòng),而是依靠摩擦力的作用或者是齒輪的嚙合,如圖3-3所示,同樣符合例1的條件。
(3)向心力的來(lái)源
a.向心力是根據(jù)力的效果命名的.在分析做圓周運(yùn)動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)受力情況時(shí),切記在物體的作用力(重力、彈力、摩擦力等)以外不要再添加一
4、個(gè)向心力。
b.對(duì)于勻速圓周運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題,一般可按如下步驟進(jìn)行分析:
①確定做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體作為研究對(duì)象。
②明確運(yùn)動(dòng)情況,包括搞清運(yùn)動(dòng)速率v,軌跡半徑R及軌跡圓心O的位置等。只有明確了上述幾點(diǎn)后,才能知道運(yùn)動(dòng)物體在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所需的向心力大小( mv2/R )和向心力方向(指向圓心)。
③分析受力情況,對(duì)物體實(shí)際受力情況做出正確的分析,畫(huà)出受力圖,確定指向圓心的合外力F(即提供向心力)。
④選用公式F=m=mRω2=mR解得結(jié)果。
【解析】物體A做勻速圓周運(yùn)動(dòng),向心力:
而摩擦力與重力平衡,則有:
即: [來(lái)
由以上兩式可得:
即碗勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為:
【總結(jié)】
5、
(1)若m在最高點(diǎn)時(shí)突然與電機(jī)脫離,它將如何運(yùn)動(dòng)?
(2)當(dāng)角速度ω為何值時(shí),鐵塊在最高點(diǎn)與電機(jī)恰無(wú)作用力?
(3)本題也可認(rèn)為是一電動(dòng)打夯機(jī)的原理示意圖。若電機(jī)的質(zhì)量為M,則ω多大時(shí),電機(jī)可以“跳”起來(lái)?此情況下,對(duì)地面的最大壓力是多少?
解:(1)做初速度沿圓周切線方向,只受重力的平拋運(yùn)動(dòng)。
(2)電機(jī)對(duì)鐵塊無(wú)作用力時(shí),重力提供鐵塊的向心力,則
mg=mω12r
即 ω1=
【解析】①小球做平拋運(yùn)動(dòng),在豎直方向上:
h=gt2
則運(yùn)動(dòng)時(shí)間
t=
又因?yàn)樗轿灰茷镽
所以球的速度
v==R·
②在時(shí)間t內(nèi),盤轉(zhuǎn)過(guò)的角度θ=n·2π,又因?yàn)棣龋溅豻
6、
則轉(zhuǎn)盤角速度:
ω==2nπ(n=1,2,3…)
【總結(jié)】由于圓周運(yùn)動(dòng)每個(gè)周期會(huì)重復(fù)經(jīng)過(guò)同一個(gè)位置,故具有重復(fù)性。在做這類題目時(shí),應(yīng)該考慮圓周運(yùn)動(dòng)的周期性。
(5)豎直平面內(nèi)圓周運(yùn)動(dòng)的臨界問(wèn)題
圓周運(yùn)動(dòng)的臨界問(wèn)題:
圖3-11
例7:半徑為R的光滑半圓球固定在水平面上,如圖3-11所示。頂部有一小物體甲,今給它一個(gè)水平初速度,則物體甲將( )
A.沿球面下滑至M點(diǎn)
B.先沿球面下滑至某點(diǎn)N,然后便離開(kāi)球面作斜下拋運(yùn)動(dòng)
C.按半徑大于R的新的圓弧軌道作圓周運(yùn)動(dòng)
D.立即離開(kāi)半圓球作平拋運(yùn)動(dòng)
當(dāng)v>時(shí),外軌受到側(cè)向擠壓的力(這時(shí)向心力增大,外軌提供一部分
7、力);
當(dāng)v<時(shí),內(nèi)軌受到側(cè)向擠壓的力(這時(shí)向心力減少,內(nèi)軌抵消一部分力)。
還有一些實(shí)例和這一模型相同,如自行車轉(zhuǎn)彎,高速公路上汽車轉(zhuǎn)彎等等
b.汽車過(guò)拱橋[
汽車具有豎直向下的加速度,<mg,對(duì)橋的壓力小于重力.這也是為什么橋一般做成拱形的原因.
3.雜技節(jié)目“水流星”
圖3-16
表演時(shí),用一根繩子兩端各拴一個(gè)盛水的杯子,演員掄起杯子在豎直面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng),在最高點(diǎn)杯口朝下,但水不會(huì)流下,如圖所示,這是為什么?
分析:以杯中之水為研究對(duì)象進(jìn)行受力分析,根據(jù)牛頓第二定律可知:F向=m,此時(shí)重力G與FN的合力充當(dāng)了向心力即F向=G+FN
故:G+FN=m
【審題
8、】當(dāng)v0=時(shí),水恰好不流出,要求水對(duì)桶底的壓力和判斷是否能通過(guò)最高點(diǎn),也要和這個(gè)速度v比較,v>v0時(shí),有壓力;v=v0時(shí),恰好無(wú)壓力;v≤v0時(shí),不能到達(dá)最高點(diǎn)。
【總結(jié)】當(dāng)速度大于臨界速率時(shí),重力已不足以提供向心力,所缺部分由桶底提供,因此桶底對(duì)水產(chǎn)生向下的壓力。
例2:汽車質(zhì)量m為1.5×104 kg,以不變的速率先后駛過(guò)凹形路面和凸形路面,路面圓弧半徑均為15 m,如圖3-17所示.如果路面承受的最大壓力不得超過(guò)2×105 N,汽車允許的最大速率是多少?汽車以此速率駛過(guò)路面的最小壓力是多少?
由上面分析知,汽車經(jīng)過(guò)凸形路面頂點(diǎn)時(shí)對(duì)路面壓力最小,設(shè)為FN2,如圖3-19所示,由
9、牛頓第二定律有
mg-FN2=
解得FN2=1×105 N。
【總結(jié)】汽車過(guò)拱橋時(shí),一定要按照實(shí)際情況受力分析,沿加速度方向列式。
例9:一把雨傘邊緣的半徑為r,且高出水平地面h.當(dāng)雨傘以角速度ω旋轉(zhuǎn)時(shí),雨滴自邊緣甩出落在地面上成一個(gè)大圓周.這個(gè)大圓的半徑為_(kāi)______。
【總結(jié)】在桿和管子的約束下做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí),可以有拉力和支持力,所以在最高點(diǎn)的速度可以等于零;在圓軌道和繩子的約束下做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí),只能有拉力,所以在最高點(diǎn)的速度必須大于。
(9)實(shí)驗(yàn)中常見(jiàn)的圓周運(yùn)動(dòng)
綜合題往往以圓周運(yùn)動(dòng)和其他物理知識(shí)為背景,這類題代表了理科綜合命題方向,要在平日的做題中理解題目的原理,靈活的把握題目。
④為了避免在卡紙連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中出現(xiàn)打點(diǎn)重疊,在電火花計(jì)時(shí)器與盤面保持良好接觸的同時(shí),可以緩慢地將電火花計(jì)時(shí)器沿圓形卡紙半徑方向向卡紙中心移動(dòng).則卡紙上打下的點(diǎn)的分布曲線不是一個(gè)圓,而是類似一種螺旋線,如圖3-22丙所示.這對(duì)測(cè)量結(jié)果有影響嗎?
圖3-22
【審題】因?yàn)檫@個(gè)題目用的是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,所以兩點(diǎn)之間的時(shí)間是0.02s,通過(guò)量角器量出圓心到兩點(diǎn)之間的角度,利用ω=θ/t。