高中物理高考 专题4 3 圆周运动及应用【讲】原卷版

这是一份高中物理高考 专题4 3 圆周运动及应用【讲】原卷版，共18页。试卷主要包含了3 圆周运动及应用【讲】，物理观念，科学思维，科学探究等内容，欢迎下载使用。
目录
TOC \ "1-3" \h \u \l "_Tc8941" 一 讲核心素养 PAGEREF _Tc8941 1
\l "_Tc6134" 二 讲必备知识 PAGEREF _Tc6134 1
\l "_Tc8207" 【知识点一】 描述圆周运动的物理量 PAGEREF _Tc8207 1
\l "_Tc4058" 【知识点二】圆周运动的动力学问题 PAGEREF _Tc4058 4
\l "_Tc12074" 【知识点三】实验：探究影响向心力大小的因素 PAGEREF _Tc12074 7
\l "_Tc12374" 三．讲关键能力 PAGEREF _Tc12374 9
\l "_Tc19946" 【能力点一】.会分析圆周运动的多解问题 PAGEREF _Tc19946 9
\l "_Tc5780" 【能力点二】会分析水平面内圆周运动的临界问题 PAGEREF _Tc5780 11
\l "_Tc2650" 四．讲模型思想 PAGEREF _Tc2650 14
\l "_Tc28649" 模型一 竖直面内的圆周运动----拱桥、凹桥模型 PAGEREF _Tc28649 14
\l "_Tc15879" 模型二 竖直面内圆周运动两类模型 PAGEREF _Tc15879 15
一 讲核心素养
1.物理观念：圆周运动、向心力、向心加速度、线速度、角速度。
(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。
2.科学思维：水平、竖直平面圆周运动模型。
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，掌握圆锥摆模型绳（杆）及轨道模型。
3.科学探究：实验：探究影响向心力大小的因素
(1)知道向心力大小与哪些因素有关，并能用来进行计算。
(2)掌握常见的探究影响向心力大小的因素的实验方案。
4.科学态度与责任：离心现象与行车安全。
能用圆周运动的知识解决以生活中的实际问题为背景的问题，体会物理学的应用价值感受物理学的学科魅力。
二 讲必备知识
【知识点一】 描述圆周运动的物理量
1.描述圆周运动的物理量
2.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相等，所做的运动就是匀速圆周运动.
(2)特点：加速度大小不变，方向始终指向圆心，是变加速运动.
(3)条件：合外力大小不变、方向始终与速度方向垂直且指向圆心.
【例1】.(2021·江西丰城中学段考)图甲为磁带录音机的磁带盒，可简化为图乙所示的传动模型，A、B为缠绕磁带的两个轮子，两轮的半径均为r，在放音结束时磁带全部绕到了B轮上，磁带的外缘半径R＝3r，现在进行倒带，使磁带绕到A轮上．倒带时A轮是主动轮，其角速度是恒定的，B轮是从动轮，则在倒带的过程中下列说法正确的是( )
A．倒带结束时A、B两轮的角速度之比为1∶3
B．倒带开始时A、B两轮的角速度之比为1∶3
C．倒带过程中磁带边缘的线速度变小
D．倒带过程中磁带边缘的线速度不变
【素养升华】本题考察的学科素养主要是物理观念。要求考生能正确运用圆周运动的规律解决实际运动学问题。
【必备知识】1.对an＝eq \f(v2,r)＝ω2r的理解
在v一定时，an与r成反比；在ω一定时，an与r成正比.
2.常见的传动方式及特点
(1)皮带传动：如图甲、乙所示，皮带与两轮之间无相对滑动时，两轮边缘线速度大小相等，即vA＝vB.
(2)摩擦传动和齿轮传动：如图甲、乙所示，两轮边缘接触，接触点无打滑现象时，两轮边缘线速度大小相等，即vA＝vB.
(3)同轴转动：如图甲、乙所示，绕同一转轴转动的物体，角速度相同，ωA＝ωB，由v＝ωr知v与r成正比.
【变式训练】(2020·资阳诊断)如图所示，水平放置的两个用相同材料制成的轮P和Q靠摩擦传动，两轮的半径R∶r ＝2∶1.当主动轮Q匀速转动时，在Q轮边缘上放置的小木块恰能相对静止在Q轮边缘上，此时Q轮转动的角速度为ω1，木块的向心加速度为a1，若改变转速，把小木块放在P轮边缘也恰能静止，此时Q轮转动的角速度为ω2，木块的向心加速度为a2，则( )
A.eq \f(ω1,ω2)＝eq \f(1,2) B.eq \f(ω1,ω2)＝eq \f(\r(2),1)
C.eq \f(a1,a2)＝eq \f(1,1) D.eq \f(a1,a2)＝eq \f(1,2)
【知识点二】圆周运动的动力学问题
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，只改变速度的方向，不改变速度的大小.
(2)大小
Fn＝meq \f(v2,r)＝mrω2＝meq \f(4π2,T2)r＝mωv.
(3)方向
始终沿半径方向指向圆心，时刻在改变，即向心力是一个变力.
(4)来源
向心力可以由一个力提供，也可以由几个力的合力提供，还可以由一个力的分力提供.
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，就做逐渐远离圆心的运动.
(2)受力特点(如图)
①当F＝0时，物体沿切线方向飞出，做匀速直线运动.
②当0 eq \r(\f(gct θ,l))，b绳将出现弹力
D．若b绳突然被剪断，则a绳的弹力一定发生变化
【变式训练2】(2021·江苏宿迁市2月调研)如图所示，半径为R的半球形容器固定在水平转台上，转台绕过容器球心O的竖直轴线以角速度ω匀速转动.质量不同的小物块A、B随容器转动且相对器壁静止，A、B和球心O点连线与竖直方向的夹角分别为α和β，α>β，则( )
A.A的质量一定小于B的质量
B.A、B受到的摩擦力可能同时为零
C.若A不受摩擦力，则B受沿容器壁向上的摩擦力
D.若ω增大，A、B受到的摩擦力可能都增大
四．讲模型思想
模型一 竖直面内的圆周运动----拱桥、凹桥模型
【例1】(2020·大庆中学期中)如图所示，两个内壁光滑、半径不同的半圆轨道固定于地面，一个小球先后在与球心在同一水平高度的A、B两点由静止开始下滑，通过轨道最低点时( )
A．A球对轨道的压力小于B球对轨道的压力
B．A球对轨道的压力等于B球对轨道的压力
C．A球的角速度小于B球的角速度
D．A球的向心加速度小于B球的向心加速度
【素养提升】本题考察的学科素养主要是科学思维中的构建物理模型的思维方法。
【变式训练】(2020·淮北一中月考)摩天轮顺时针匀速转动时，重为G的游客经过图中a、b、c、d四处时，以下说法正确的是 ( )
A．游客在a处受的摩擦力向右 B．游客在b处受的支持力小于G
C．游客在c处受的摩擦力等零 D．游客在d处受的支持力大于G
【变式训练】(2021·湖南模考)如图所示，一根质量为m的匀质绳子，两端分别固定在同一高度的两个钉子上，中点悬挂一质量为M的物体，系统平衡时，绳子中点两侧的切线与竖直方向的夹角均为α，钉子处绳子的切线方向与竖直方向的夹角为β，则( )
A. eq \f(tan α,tan β)＝ eq \f(m＋M,m) B. eq \f(tan α,tan β)＝ eq \f(m＋M,M) C. eq \f(cs α,cs β)＝ eq \f(M,m＋M) D. eq \f(cs α,cs β)＝ eq \f(m,m＋M)
模型二 竖直面内圆周运动两类模型
1．竖直面内圆周运动两类模型
一是无支撑(如球与绳连接、沿内轨道运动的过山车等)，称为“轻绳模型”，二是有支撑(如球与杆连接、在弯管内的运动等)，称为“轻杆模型”．
2．竖直平面内圆周运动的两种模型特点及求解方法
【例1】(多选)(2021·湖北重点中学模拟)如图甲所示，小球穿在竖直平面内光滑的固定圆环上，绕圆心O点做半径为R的圆周运动。小球运动到最高点时，圆环与小球间弹力大小为F，小球在最高点的速度大小为v，其F­v2图象如图乙所示，g取10 m/s2，则( )
甲 乙
A．小球的质量为4 kg
B．固定圆环的半径R为0.8 m
C．小球在最高点的速度为4 m/s时，小球受圆环的弹力大小为20 N，方向向上
D．若小球恰好做圆周运动，则其承受的最大弹力为100 N
【素养提升】本题考察的学科素养主要是科学思维及物理观念。
【方法点拨】分析竖直平面内圆周运动临界问题的思路
【变式训练1】(多选)(2021·资阳一诊)如图甲所示，小球用不可伸长的轻绳连接后绕固定点O在竖直面内做圆周运动，小球经过最高点时的速度大小为v，此时绳子的拉力大小为FT，拉力FT与速度的平方v2的关系图象如图乙所示，图象中的数据a和b，包括重力加速度g都为已知量，则以下说法正确的是( )
甲 乙
A．数据a与小球的质量无关
B．数据b与小球的质量无关
C．比值eq \f(b,a)只与小球的质量有关，与圆周轨迹半径无关
D．利用数据a、b和g能够求出小球的质量和圆周轨迹半径
【变式训练2】．(2021·山西吕梁模拟)如图所示，小球在竖直放置的光滑圆形管道内做圆周运动，内侧壁半径为R，小球半径为r，则下列说法正确的是 ( )
A．小球通过最高点时的最小速度vmin＝eq \r(g（R＋r）)
B．小球通过最高点时的最小速度vmin＝0
C．小球在水平线ab以下的管道中运动时，内侧管壁对小球一定无作用力
D．小球在水平线ab以上的管道中运动时，外侧管壁对小球一定有作用力
定义、意义
公式、单位
线速度(v)
①描述圆周运动的物体运动快慢的物理量
②是矢量，方向和半径垂直，和圆周相切
①v＝eq \f(Δs,Δt)(定义式)＝eq \f(2πr,T)(与周期的关系)
②单位：m/s
角速度(ω)
①描述物体绕圆心转动快慢的物理量
②是矢量，但不研究其方向
①ω＝eq \f(Δθ,Δt)(定义式)＝eq \f(2π,T)(与周期的关系)
②单位：rad/s
③ω与v的关系：v＝ωr
周期(T)
转速(n)
频率(f)
①周期是物体沿圆周运动一周所用的时间，周期的倒数为频率
②转速是单位时间内物体转过的圈数
①T＝eq \f(2πr,v)＝eq \f(1,f)(与频率的关系)
②T的单位：s
n的单位：r/s、r/min
f的单位：Hz
向心加速度(an)
①描述线速度方向变化快慢的物理量
②方向指向圆心
①an＝eq \f(v2,r)＝ω2r＝eq \f(4π2,T2)r＝ωv
②单位：m/s2
运动模型
向心力的来源图示
圆锥摆模型
飞机水平转弯
火车转弯
圆锥摆
飞车走壁
汽车在水平路面转弯
水平转台(光滑)
概述
如图所示为凹形桥模型．当汽车通过凹形桥的最低点时，向心力F向＝FN－mg＝meq \f(v2,r)
规律
桥对车的支持力FN＝mg＋meq \f(v2,r)＞mg，汽车处于超重状态
概述
如图所示为拱形桥模型．当汽车通过拱形桥的最高点时，向心力F向＝mg－FN＝meq \f(v2,r)
规律
桥对车的支持力FN＝mg－meq \f(v2,r)＜mg，汽车处于失重状态．若v＝eq \r(gr)，则FN＝0，汽车将脱离桥面做平抛运动
轻绳模型
轻杆模型
实例
如球与绳连接、沿内轨道运动的球等
如球与杆连接、球在内壁光滑的圆管内运动等
图示
最高点无支撑
最高点有支撑
最
高
点
受力特征
重力、弹力，弹力方向向下或等于零
重力、弹力，弹力方向向下、等于零或向上
受力示意图
力学特征
mg＋FN＝meq \f(v2,r)
mg±FN＝meq \f(v2,r)
临界特征
FN＝0，vmin＝eq \r(gr)
竖直向上的FN＝mg，v＝0
过最高点条件
v≥eq \r(gr)
v≥0
速度和
弹力关
系讨论
分析
①能过最高点时，v≥eq \r(gr)，FN＋mg＝meq \f(v2,r)，绳、轨道对球产生弹力为FN
②不能过最高点时，v