专题5 圆周运动 课件-2026年高考物理二轮复习优质课件（全国通用）

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平抛的轨迹教会我们分解目标,圆周运动告诉我们向心专注的力量,而万有引力正如同知识——你积累的知识的“质量”越大,收获的引力就越强!
　 (2022北京,8,3分)我国航天员在“天宫课堂”中演示了多种有趣的实验,提高了青少年科学探索的兴趣。某同学设计了如下实验:细绳一端固定,另一端系一小球,给小球一初速度使其在竖直平面内做圆周运动。无论在“天宫”还是在地面做此实验,(　　　)A.小球的速度大小均发生变化B.小球的向心加速度大小均发生变化C.细绳的拉力对小球均不做功D.细绳的拉力大小均发生变化
解析　“天宫”中是完全失重的环境,小球在竖直平面内做匀速圆周运动,细绳拉力提供小球做圆周运动所需的向心力,小球的线速度大小、向心加速度大小、向心力(细绳的拉力提供)大小均不变,无论在“天宫”还是在地面,细绳的拉力始终与速度垂直而不做功,C正确。
　 探究1　拓展设问①设问1:若将题述装置带到地球表面,已知地球表面重力加速度为g,小球做圆周运动的半径为r,要使小球恰好通过最高点,在最高点的临界条件是什么?②设问2:若将题述装置带到地球表面,将细绳换成轻杆,小球可以在竖直面内做完整的匀速圆周运动吗?③设问3:若将题述装置带到地球表面,将细绳换成轻杆,已知小球的质量为m,地球表面重力加速度为g,小球要恰好能通过最高点,在最高点的临界条件是什么? 
答案　①小球恰好通过最高点,即小球恰好能做完整的圆周运动,意味着小球运动到最高点时绳对小球的作用力恰好为0,有mg=m ,得v= ,小球在最高点的临界条件是v= 。②轻杆既可以提供拉力,也可以提供推力。a.在最高点:小球受到向下的重力mg和轻杆的弹力FN。重力和轻杆的弹力的合力提供向心力,即使小球速度较小,小球也能通过最高点,轻杆的弹力可能向上、可能向下,也可能为0。b.在最低点:小球受到向下的重力mg和轻杆向上的拉力FN。重力和轻杆的拉力的合力提供向心力,有FT-mg=m 。c.在其他位置:可以将重力沿径向和垂直径向进行分解,重力沿径向的分力与轻杆的弹力的合力提供向心力。
将题述装置带到地球表面并将细绳换成轻杆,轻杆能在小球做圆周运动过程中的任何位置提供足够的向心力,小球需在外力作用下才能在竖直面内做匀速圆周运动。在无外力作用下,若小球能通过最高点,则小球做变速圆周运动;若小球不能通过最高点,小球在竖直面内做往复运动。③由上述分析可知小球恰能运动到最高点时v=0,则在最高点的临界条件为FN方向向上,大小为mg,v=0。
探究2　举一反三一题多问深挖透,考点拿捏快准稳!　　应用物理知识分析生活中的常见现象,可以使物理学习更加有趣和深入。例如你用手掌平托一质量为m的苹果,保持这样的姿势在竖直平面内以速度v沿顺时针方向做匀速圆周运动,轨迹半径为R,重力加速度为g。判断下列说法是否正确,如果不正确,请说明错误原因;如果正确,请写出分析过程。 
　 (1)从a到b过程中,苹果的加速度越来越小。(2)苹果在最高点c受到的支持力小于在最低点a受到的支持力。(3)苹果在最高点c受到手的支持力等于mg+m 。(4)苹果在b位置和d位置时受到的摩擦力相同。(5)在b点和d点,手对苹果的摩擦力最大。(6)从a到b过程中,手对苹果的摩擦力方向先向右后向左。
　 (7)从a到b过程中,手对苹果的摩擦力越来越小,支持力越来越大。(8)手对苹果的作用力一定沿半径指向圆心。(9)从a到b的过程中,手对苹果的作用力越来越小。(10)从a到b过程中,苹果所受的合力越来越大。(11)从a到c过程中,苹果先处于超重状态后处于失重状态。(12)从a到b过程中,苹果所受重力的功率保持不变。(13)从a到b过程中,因为苹果的动量大小不变,所以合力对苹果的冲量为零。(14)从a到b过程中,苹果在运动过程中机械能守恒。
答案　(1)错误。苹果做匀速圆周运动,加速度的方向时刻改变且总是指向圆心,但加速度的大小不变。(2)正确。在a、c两点,重力与支持力的合力提供向心力,在c点时苹果所需向心力向下,重力大于支持力;在a点时苹果所需向心力向上,支持力大于重力,故苹果在c点受到的支持力小于在a点受到的支持力。(3)错误。在最高点,苹果受到重力与向上的手的作用力,在c点时苹果所需向心力向下,根据牛顿第二定律得mg-FN=m ,解得FN=mg-m 。(4)错误。苹果在b位置和d位置时受到的摩擦力大小相等,方向相反。(5)正确。根据力的分解可知,向心力的水平分力与摩擦力等大,在b、d位置时向心力的水平分力最大,则摩擦力最大。(6)错误。从a到b过程中,向心加速度的水平分量始终向右,这是由摩擦力产生的,手对苹果的摩擦力方
向始终向右。(7)错误。从a到b,设加速度方向与竖直方向的夹角为θ,根据牛顿第二定律有f=ma sin θ,FN-mg=ma cs θ,苹果从a点到b点的过程中,θ逐渐增大,sin θ逐渐增大,cs θ逐渐减小,手对苹果的摩擦力越来越大,支持力越来越小。(8)错误。苹果在竖直平面内沿顺时针方向做匀速圆周运动,苹果所受重力和手掌对其作用力的合力一定沿半径指向圆心,所以除在最低点外,在其他位置手对苹果的作用力并不沿半径指向圆心。(9)正确。手对苹果的作用力可分解为两个分力F1、F2,其中竖直方向的分力F1与苹果重力平衡,分力F2提供苹果做圆周运动所需的向心力,方向总是指向圆心;在苹果从a到b的过程中,F1与F2大小均不变,且F1与F2之间的夹角逐渐增大,则F1与F2的合力逐渐减小,即手对苹果的作用力越来越小。(巧用运动的分解,简化分析过程)(10)错误。苹果做匀速圆周运动,所受合力提供向心力,合力大小不变,方向始终指向圆心。
(11)正确。苹果做匀速圆周运动,从a到b的过程,加速度有竖直向上的分量,苹果处于超重状态;从b到c的过程,加速度有竖直向下的分量,苹果处于失重状态。(12)错误。设苹果所受重力与速度的夹角为α,重力的功率P=mgv cs α,α在变化,可知苹果所受重力的功率是变化的。(13)错误。苹果的动量大小不变,但动量的方向时刻发生变化,从a到b的动量变化量不为0,根据动量定理可知,合力对苹果的冲量不为零。(14)错误。苹果从a到b的过程中,动能不变,重力势能增大,故机械能不守恒(另解:除了重力,还有其他力做功,故机械能不守恒)。
　　本单元以运动的合成与分解为核心,探究曲线运动规律,结合牛顿运动定律深化动力学分析,是对运动学与动力学知识体系的进阶拓展。　　通过“真题解码”循序渐进的过程,我们初步掌握了运用本单元核心知识解题的逻辑与技巧。作为运动与相互作用观念的典型实践,本单元聚焦两类题型:一类是已知受力求运动(如2022年北京高考第8题),通过受力分析→牛顿第二定律求加速度→运动学公式,逐步分析运动情况;另一类是已知运动求受力(如探究2的举一反三),通过运动学公式求加速度→牛顿运动定律,逆向解构受力关系。万有引力内容的考查核心也是对圆周运动的动力学分析。　　高考命题呈现三大特征①情境新颖化:结合航天科技、生产与生活的案例(例如过山车、投掷运动、卫星变轨与对接等)来设计情境。
②模型典型化:聚焦平抛(类平抛)运动、斜抛运动、圆周运动等核心模型。③思维结构化:强调运动与受力的双向推理能力,要求通过合成与分解将复杂曲线运动转换为直线运动。　　通过后续专题的进一步探究,大家可以更清晰地理解运动与受力的关系,掌握解题的核心方法即运动的合成与分解,构建完整的曲线运动认知体系,熟悉万有引力的相关知识与应用。在备考复习中融会贯通,提升解题能力,深入体会如何将实际情境抽象为物理模型,最终实现知识向能力的转化升级。
(2024江苏,11,4分)如图所示,轻绳的一端拴一个蜂鸣器,另一端穿过竖直管握在手中。蜂鸣器在水平面a内做匀速圆周运动。缓慢下拉绳子,使蜂鸣器升高到水平面b内继续做匀速圆周运动。不计空气阻力和摩擦力,与升高前相比,蜂鸣器 (　　　)
A.角速度不变B.线速度减小C.向心加速度增大D.所受拉力大小不变
解析　设竖直管顶端到蜂鸣器这一段绳子长度为l、与竖直方向夹角为θ,竖直管顶端到蜂鸣器做圆周运动的平面的距离为h,对蜂鸣器进行受力分析有F向=mg tan θ=mω2l sin θ,可得ω= ,而cs θ= ,联立有ω= ,ha>hb,则ωa