物理必修 第二册1 圆周运动习题ppt课件

这是一份物理必修 第二册1 圆周运动习题ppt课件，共59页。PPT课件主要包含了课堂·要点解读，素养·目标定位，随堂训练，素养•目标定位，目标素养，答案A，两类模型对比，知识讲解，答案BD，答案B等内容，欢迎下载使用。
1.理解圆周运动动力学问题的分析方法,并能应用圆周运动的规律分析、解决圆周运动的问题。2.通过分析竖直平面内的圆周运动的绳杆模型,理解其临界条件,并能在实际问题中应用。3.通过实例知道圆周运动的临界问题,并能运用圆周运动的规律作出解答。4.理解圆周运动与平抛运动的综合问题,掌握应用相关规律的解答过程。
一 圆周运动的动力学分析
典例剖析【例1】质量分别为m1和m2的两个小球,分别用长2l和l的轻绳拴在同一转轴上,当转轴稳定转动时,质量为m1和m2的小球的悬线与竖直方向夹角分别为α和β,如图所示,则(　　)
学以致用1.如图所示,“V”形光滑支架下端用铰链固定于水平地面上,支架两臂长均为l=2.0 m,且与水平面间夹角均为θ=53°,“V”形支架的AO臂上套有一根原长为l0=1.5 m的轻质弹簧,弹簧劲度系数为k=100 N/m,其下端固定于“V”形支架下端,上端与一个串在AO臂上的小球相连,已知小球质量为m=0.5 kg。现让小球随支架一起绕中轴线OO'匀速转动。重力加速度g取10 m/s2,sin 53°=0.8,cs 53°=0.6。
(1)求轻弹簧恰为原长时,支架转动的角速度大小。(2)为使小球不从支架的AO臂滑出,支架转动的角速度的最大值是多少?
解析:(1)如图所示,轻弹簧恰为原长时,小球只受重力与支持力,则竖直方向有FNcs θ=mg水平方向有FNsin θ=mω2r根据几何关系有r=l0cs θ
(2)当小球到达A点时,小球处于脱离支架的临界状态,则竖直方向有FN'cs θ=k(l-l0)sin θ+mg
二 竖直平面内圆周运动中的绳、杆模型
知识讲解1.两类模型概述。在竖直平面内做圆周运动的物体,运动到轨道的最高点的受力情况可以分为两类:一类是无支撑(如球与绳连接、小球在轨道内运动等),称为“轻绳模型”。一类是有支撑(如球与杆连接、小球在弯管内运动等),称为“轻杆模型”。
3.竖直面内圆周运动的解题思路。
典例剖析【例2】(多选)如图甲所示,用不可伸长的轻质细绳拴着一小球,在竖直面内做圆周运动。小球运动到最高点时绳对小球的拉力F与小球速度的二次方v2的图像如图乙所示,重力加速度g取10 m/s2,不计一切阻力。
下列说法正确的是(　　)A.小球的质量为0.1 kgB.细绳长为0.1 mC.小球运动到最高点的最小速度为1 m/sD.当小球在最高点的速度为2 m/s时,细绳的拉力大小为10 N答案:BC
名师点津 1.轻绳模型和轻杆模型过最高点的临界条件不同,其原因是绳不能提供支持力,而杆可提供支持力。2.对轻杆模型,在最高点时,有时不知是支持力还是拉力,此时可用假设法,然后根据结果的正负再确定。
学以致用2.长l=0.5 m的轻质杆,A端有一质量m=3.0 kg的小球,小球以O点为圆心在竖直平面内做圆周运动,如图所示。通过最高点时小球的速度是2 m/s,g取10 m/s2,则此时杆(　　)A.受到6 N的拉力B.受到6 N的压力C.受到24 N的拉力D.受到54 N的拉力答案:B
三 圆周运动的临界问题
典例剖析【例3】(多选)如图所示,水平转盘上放有质量为m的物块,用长度为r的轻绳连接在细转轴上,物块距转轴距离为r,初始时轻绳拉力为0。已知物块与转盘间的动摩擦因数为μ,最大静摩擦力等于滑动摩擦力。当转盘做角速度为ω0的匀速圆周运动时,绳子恰好被拉直且拉力为零,
下列说法正确的是(　　)
解析:当转盘做角速度为ω0的匀速圆周运动时,绳子刚好被拉直且绳中拉力为零,
方法点拨 圆周运动中临界问题的分析(1)首先考虑达到临界条件时物体所处的状态,然后分析该状态下物体的受力特点,要特别注意分析某些力的大小和方向的变化,找出临界条件。(2)结合圆周运动的知识,列出相应的动力学方程。(3)求解范围类的极值问题,应注意分析两个极端状态,以确定变化范围。
学以致用3.如图所示,叠放在水平转台上的物体A、B、C能随转台一起以角速度ω匀速转动,A、B、C的质量分别为3m、2m、m,A与B、B和C与转台间的动摩擦因数都为μ,A和B整体、C离转台中心的距离分别为r、1.5r。设本题中的最大静摩擦力等于滑动摩擦力。
下列说法正确的是(　　)A.B对A的摩擦力一定为3μmgB.B对A的摩擦力一定为3mω2r
解析:对A进行受力分析,A受重力、支持力以及B对A的静摩擦力,静摩擦力提供向心力,有Ff=(3m)ω2r≤μ(3m)g,选项A错误,B正确。由于A、AB整体、C受到的静摩擦力均提供向心力,故对A,有(3m)ω2r≤μ(3m)g对AB整体,有(3m+2m)ω2r≤μ(3m+2m)g对物体C,有mω2(1.5r)≤μmg
4.质量为m的小球由轻绳a和b分别系于一轻质细杆的B点和A点,如图所示,绳a与水平方向成θ角,绳b在水平方向且长为l。当轻杆绕轴AB以角速度ω匀速转动时,小球在水平面内做匀速圆周运动,则下列说法正确的是(　　)A.a绳的拉力可能为零B.a绳的拉力随角速度的增大而增大
D.若b绳突然被剪断,则a绳的弹力一定发生变化
解析:由于小球m的重力不为零,a绳的拉力不可能为零,b绳的拉力可能为零,选项A错误。由于a绳的拉力在竖直方向的分力等于重力,角θ不变,所以a绳拉力不变,b绳的拉力随角速度的增大而增大,选项B错误。
若b绳中的拉力为零,设a绳中的拉力为F,对小球,Fsin θ=mg,Fcs θ=mω2l,
四 圆周运动与平抛运动的综合问题
知识讲解圆周运动和平抛运动是两种典型的曲线运动,圆周运动与平抛运动结合的综合问题,是高考的热点。此类综合问题主要考查两种情况。
1.水平面内的圆周运动与平抛运动的综合考查。此类问题往往是物体先做水平面内的匀速圆周运动,后做平抛运动,此类问题的解题流程是:(1)明确水平面内匀速圆周运动的向心力来源,根据牛顿第二定律列出向心力和线速度或者角速度的关系。(2)平抛运动一般是沿水平方向和竖直方向分解速度或者位移。(3)速度是联系前后两个过程的关键物理量,前一个过程的末速度是后一个过程的初速度。
2.竖直面内的圆周运动与平抛运动的综合问题。此类问题有时物体先做竖直面内的变速圆周运动,后做平抛运动;有时先做平抛运动,后做竖直面内的变速圆周运动。此类问题的解题流程是:(1)竖直面内的圆周运动首先要明确是“轻杆模型”还是“轻绳模型”,然后分析物体能够到达圆周运动最高点的临界条件。(2)速度也是联系前后两个过程的关键物理量。特别是先做平抛运动,然后进入竖直面内的圆形轨道时,在切入点的瞬时速度的大小和方向是联系前后两个运动的重要纽带。
(2)5 N,方向竖直向上(3)0.8 m
学以致用5.如图所示,一根长为0.1 m的细线,一端系着一个质量是0.18 kg的小球,拉住线的另一端,使球在光滑的水平桌面上做匀速圆周运动。当小球的转速增加到原转速3倍时,测得线拉力比原来增大40 N,此时线突然断裂。求:(1)线断裂的瞬间,线的拉力大小;(2)线断裂时小球运动的线速度大小;(3)如果桌面高出地面0.8 m,线断后小球飞出去落在离桌边的水平距离。(g取10 m/s2)答案:(1)45 N　(2)5 m/s　(3)2 m
1.如图所示,轻绳OA拴着质量为m的物体,在竖直平面内做半径为R的圆周运动,下列说法正确的是(　　)A.小球过最高点时的最小速度是0B.小球过最高点时,绳子拉力可以为零C.若将轻绳OA换成轻杆,则小球过最高点时,轻杆对小球的作用力不可以与小球所受重力大小相等,方向相反D.若将轻绳OA换成轻杆,则小球过最高点时的最小速度是答案:B
若将轻绳OA换成轻杆,则小球过最高点时,速度可以为0,此时mg=F,轻杆对小球的作用力可以与小球所受重力大小相等,方向相反,选项C、D错误。
2.(多选)如图甲所示,杂技表演“飞车走壁”的演员骑着摩托车飞驶在圆台形筒壁上,筒的轴线垂直于水平面,圆台筒固定不动。现将圆台筒简化为如图乙所示的模型,若演员骑着摩托车先后在A、B两处紧贴着内壁分别在图乙中虚线所示的水平面内做匀速圆周运动,则下列说法正确的是(不计摩擦)( 　)A.A处的线速度大于B处的线速度B.A处的角速度小于B处的角速度C.A处对筒的压力大于B处对筒的压力D.A处的向心力等于B处的向心力
解析:对A、B两处演员和摩托车进行受力分析如图所示,两个支持力与竖直方向的夹角相等,均为θ,由于FN1cs θ=mg, FN2cs θ=mg,可知FN1=FN2,根据牛顿第三定律,可知演员和摩托车对筒的压力相等,选项C错误。两处支持力的水平分力等于向心力,因此两处向心力F也相等,选项D正确。根据F=m可知,F一定时,半径越大,线速度越大,故A处的线速度比B处的线速度大,选项A正确。根据F=mω2r可知,半径越大,角速度越小,故A处的角速度比B处的角速度小,选项B正确。
3.(多选)如图所示,一长为l的轻质细杆一端与质量为m的小球(可视为质点)相连,另一端可绕O点转动。现使轻杆在同一竖直面内做匀速转动,测得小球的向心加速度大小为g(g为当地的重力加速度),下列说法正确的是(　　 )
B.小球运动到最高点时杆对小球的作用力竖直向上C.当轻杆转到水平位置时,轻杆对小球的作用力方向不可能指向圆心OD.轻杆在匀速转动过程中,轻杆对小球作用力的最大值为2mg
选项A正确。小球在最高点的加速度为g,在最高点有F合=mg,所以小球运动到最高点时杆对小球的作用力为0,选项B错误。当轻杆转到水平位置时,轻杆对小球的作用力和重力的合力指向圆心,重力方向竖直向下,若轻杆对小球的作用力指向圆心O,则合力不能指向圆心,选项C正确。在最低点轻杆对小球的作用力最大,即F-mg=ma=mg,解得F=2mg,选项D正确。
4.如图所示,两个用相同材料制成的靠摩擦转动的轮A和B水平放置,两轮半径RA=2RB。当主动轮A匀速转动时,在A轮边缘上放置的小木块恰能相对静止在A轮边缘上。若将小木块放在B轮上,欲使木块相对B轮也静止,则木块距B轮转轴的最大距离为(　　)
解析:由题图可知,当主动轮A匀速转动时,
设放在B轮上能使木块相对静止时距B轮转轴的最大距离为r,则向心力由最大静摩擦力提供,因A、B轮材料相同,
5.(多选)如图所示,小球用两根长度相等、不可伸长的细线系于竖直杆上,它们随杆转动,若转动角速度为ω,则(　　)A.ω只有超过某一值时,绳子AP才有拉力B.绳子BP的拉力随ω的增大而增大C.绳子BP的拉力一定大于绳子AP的拉力D.当ω增大到一定程度时,绳子AP的拉力大于绳子BP的拉力答案:ABC
解析:ω较小时,绳子AP处于松弛状态,只有ω超过某一值,才产生拉力,选项A正确。当AP、BP都产生拉力之后,受力如图,有FBPsin α=mg+FAPsin α①FBPcs α+FAPcs α=mω2r②由①②可知FBP>FAP,随ω的增大,FBP、FAP都变大,选项B、C正确,D错误。
6.如图所示,一个人用一根长1 m,只能承受46 N拉力的绳子,拴着一个质量为1 kg的小球,在竖直平面内做圆周运动,已知圆心O离地面高h=6 m。转动中小球在最低点时绳子断了,g取10 m/s2。(1)绳子断时小球运动的线速度多大?(2)绳断后,小球落地点与抛出点间的水平距离是多少?答案:(1)6 m/s　(2)6 m