2023高考物理全复习（统考版）第四章 第3讲 圆周运动及其应用课件PPT

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一、圆周运动及其描述1．匀速圆周运动：(1)定义：做圆周运动的物体，若在任意相等的时间内通过的圆弧长________，就是匀速圆周运动．(2)速度特点：速度的大小________，方向始终与半径垂直．
2．描述匀速圆周运动的物理量：
三、离心运动和近心运动1．离心运动定义：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________圆心的运动．2．受力特点(1)当F＝mrω2时，物体做________运动．(2)当F＝0时，物体沿________方向飞出．(3)当F＜mrω2时，物体逐渐________圆心(4)当F＞mrω2时，物体逐渐向圆心靠近，做________运动．3．本质：离心运动的本质并不是受到离心力的作用，而是提供的力________做匀速圆周运动需要的向心力．,
生活情境1.现在有一种叫作“魔盘”的娱乐设施，如图所示．当“魔盘”转动很慢时，人会随着“魔盘”一起转动，当盘的速度逐渐增大时，盘上的人便逐渐向边缘滑去，离转动中心越远的人，这种滑动的趋势越明显，当“魔盘”转动到一定速度时，人会“贴”在“魔盘”竖直壁上而不会滑下．(1)人随“魔盘”一起做匀速圆周运动时，其角速度是不变的．(　　)(2)人随“魔盘”一起做匀速圆周运动时，其合外力是不变的．(　　)(3)人随“魔盘”一起做匀速圆周运动的向心加速度与半径成反比． (　　)(4)随“魔盘”一起做匀速圆周运动时，人离“魔盘”中心越远，人运动得越快．(　　)(5)人随“魔盘”一起做匀速圆周运动，是因为人受到了“魔盘”给人的向心力．(　　)(6)“魔盘”的转速逐渐增大时，盘上的人便逐渐向边缘滑去，这是人受沿半径向外的离心力作用的缘故．(　　)(7)当“魔盘”转动到一定速度时，人会“贴”在“魔盘”竖直壁上而不会滑下，此时的向心力是由静摩擦力提供．(　　)
教材拓展2．[人教版必修2P25T3改编]如图所示，小物体A与水平圆盘保持相对静止，跟着圆盘一起做匀速圆周运动，则A受力情况是(　　)A．重力、支持力B．重力、向心力C．重力、支持力、指向圆心的摩擦力D．重力、支持力、向心力、摩擦力 
考点一　圆周运动的运动学问题1．在讨论v、ω、an、r之间的关系时，应运用控制变量法．2．传动装置的特点：(1)“同轴”时角速度相同；(2)“同缘”时线速度大小相等．
例1. [2021·全国甲卷，15]“旋转纽扣”是一种传统游戏．如图，先将纽扣绕几圈，使穿过纽扣的两股细绳拧在一起，然后用力反复拉绳的两端，纽扣正转和反转会交替出现．拉动多次后，纽扣绕其中心的转速可达50 r/s，此时纽扣上距离中心1 cm处的点向心加速度大小约为(　　)A.10 m/s2 B．100 m/s2C．1 000 m/s2 D．10 000 m/s2
解析：由题目所给条件可知纽扣上各点的角速度ω＝2πn＝100π rad/s，则纽扣上距离中心1 cm处的点向心加速度大小a＝ω2r＝(100π)2×0.01 m/s2≈1 000 m/s2，故选项A、B、D错误，选项C正确．
2．[2021·广东卷，4]由于高度限制，车库出入口采用如图所示的曲杆道闸，道闸由转动杆OP与横杆PQ链接而成，P、Q为横杆的两个端点．在道闸抬起过程中，杆PQ始终保持水平．杆OP绕O点从与水平方向成30°匀速转动到60°的过程中，下列说法正确的是(　　)A．P点的线速度大小不变B．P点的加速度方向不变C．Q点在竖直方向做匀速运动D．Q点在水平方向做匀速运动
解析：由于杆OP匀速转动，P点到圆心的距离不变，故P点的线速度大小不变，A正确；P点的加速度为向心加速度，始终指向圆心，方向时刻变化，B错误；设OP＝l1，PQ＝l2，可知Q点到O点所在水平线的距离y＝l1sin (30°＋ωt)，故Q点在竖直方向的运动不是匀速运动，C错误；Q点到O点的水平距离x＝l2＋l1cs (30°＋ωt)，故Q点在水平方向的运动也不是匀速运动，D错误．
考点二　水平面内的匀速圆周运动例2. [2021·河北卷，9](多选)如图，矩形金属框MNQP竖直放置，其中MN、PQ足够长，且PQ杆光滑．一根轻弹簧一端固定在M点，另一端连接一个质量为m的小球，小球穿过PQ杆．金属框绕MN轴分别以角速度ω和ω′匀速转动时，小球均相对PQ杆静止．若ω′>ω，则与以ω匀速转动时相比，以ω′匀速转动时(　　)A．小球的高度一定降低B．弹簧弹力的大小一定不变C．小球对杆压力的大小一定变大D．小球所受合外力的大小一定变大
解析：设弹簧的劲度系数为k，形变量为x，弹簧与竖直方向的夹角为θ，MN、PQ的距离为L，对小球受力分析有kx cs θ－mg＝0，即竖直方向受力为0，水平方向有kx sin θ±FN＝mω2L，当金属框以ω′绕MN轴转动时，假设小球的位置升高，则kx减小，cs θ减小，小球受力不能平衡；假设小球的位置降低，则kx增大，cs θ增大，小球受力同样不能平衡，则小球的位置不会变化，弹簧弹力的大小一定不变，故A错误，B正确．小球对杆的压力大小F压＝FN＝mω2L－kx sin θ或F压＝FN＝kx sin θ－mω2L，所以当角速度变大时压力大小不一定变大，故C错误．当角速度变大时小球受到的合外力一定变大，故D正确．
4. [2022·湖南四大名校1月联考]如图所示，足够大的水平光滑圆台中央立着一根光滑的杆，原长为L的轻弹簧(图中未画出)套在杆上，质量均为m的A、B、C三个小球(始终在同一竖直面内，均可视为质点)用两根轻杆通过光滑铰链连接，轻杆长也为L，A球套在竖直杆上，现将A球搁在弹簧上端，当系统处于静止状态时，两轻杆与竖直方向的夹角均为θ＝37°，已知重力加速度为g，弹簧始终在弹性限度内，sin 37°＝0.6，cs 37°＝0.8.(1)求系统静止时轻杆对B的作用力F和弹簧的劲度系数k；(2)让B、C球以相同的角速度绕竖直杆匀速转动，若转动的角速度为ω0(未知)时，B、C球刚要脱离圆台，求此时轻杆与竖直方向夹角θ0的余弦值和角速度ω0.
[思维方法]水平面内圆周运动的处理方法
考点三　竖直面内的圆周运动问题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“绳(环)约束模型”，二是有支撑(如球与杆连接、在弯管内的运动等)，称为“杆(管)约束模型”．
2．竖直平面内圆周运动的两种模型过最高点时的特点及求解方法
[思维方法]竖直面内圆周运动的处理方法
跟进训练5．[2021·浙江6月，7]质量为m的小明坐在秋千上摆动到最高点时的照片如图所示．对该时刻，下列说法正确的是(　　)A．秋千对小明的作用力小于mgB．秋千对小明的作用力大于mgC．小明的速度为零，所受合力为零D．小明的加速度为零，所受合力为零
解析：秋千从最高点向下运动的过程中做圆周运动，将重力分解为沿秋千方向的分力mg cs θ和沿切线方向的分力mg sin θ，如图所示，其中秋千对小明的作用力T与重力分力mg cs θ的合力提供向心加速度，重力沿切线方向的分力mg sin θ提供切线加速度，秋千到达最高点时，沿秋千方向小明受力平衡，即T＝mg cs θ，故在最高点秋千对小明的作用力小于重力，A正确，B错误；该时刻小明的速度为零，但所受合力不为零，由牛顿第二定律可知，加速度不为零，C、D错误．
6．[2022·湖北荆州模拟]如图所示，将过山车经过两段弯曲轨道的过程等效简化成如图所示两个圆周的一部分(RA