高考物理《圆周运动》材料分析Word格式.docx
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(1)v=ωr=r=2πrf
(2)an==rω2=ωv=r=4π2f2r
(2016·
浙江4月学考)如图4&
sh;
3&
1为某中国运动员在短道速滑比赛中勇夺金牌的精彩瞬间.假定此时他正沿圆弧形弯道匀速率滑行,则他( )
图4&
1
A.所受的合力为零,做匀速运动
B.所受的合力恒定,做匀加速运动
.所受的合力恒定,做变加速运动
D.所受的合力变化,做变加速运动
D [运动员做匀速圆周运动,其加速度指向圆心,方向时刻变化,为变加速运动,合力也指向圆心,方向时刻变化.D正确.]
浙江10月学考)在“G20”峰会“最忆是杭州”的艺演出中,芭蕾舞演员保持如图4&
2所示姿式原地旋转,此时手臂上A、B两点角速度大小分别为ωA、ωB,线速度大小分别为vA、vB,则( )
2
A.ωA&
lt;
ωBB.ωA&
gt;
ωB
.vAvB
D [该模型为同轴转动模型,可以得出角速度一样,因此半径大的点线速度大,所以A、B两点角速度一样,线速度A处大于B处.故选D]
1.对公式v=ωr的理解
(1)当r一定时,v与ω成正比;
(2)当ω一定时,v与r成正比;
(3)当v一定时,ω与r成反比.2.常见的三种传动方式及特点
(1)皮带传动:
如图4&
3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
3
(2)摩擦传动:
4甲所示,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
4
(3)同轴传动:
如图乙、丙所示,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.
1.对于做匀速圆周运动的物体,下列说法中不正确的是( )
A.相等的时间内通过的路程相等
B.相等的时间内通过的弧长相等
.相等的时间内通过的位移相等
D.相等的时间内转过的角度相等
[匀速圆周运动是指线速度大小不变的圆周运动,因此在相等时间内通过路程相等,弧长相等,转过的角度也相等,故选项A、B、D正确;
相等的时间内通过的位移方向不同,由于位移是矢量,因此位移不相等,故选项错误.]
2皮带传动装置如图4&
所示,两轮的半径不相等,传动过程中皮带不打滑.关于两轮边缘上的点,下列说法正确的是( )
A.周期相同
B.角速度相等
.线速度大小相等
D.向心加速度相等
[皮带不打滑时,皮带上各点的线速度大小相等,正确.]
3如图4&
6所示,当正方形薄板绕着过其中心并与板垂直的转动轴转动时,板上A、B两点( )
6
A.角速度之比ωA∶ωB=∶1
B.角速度之比ωA∶ωB=1∶
.线速度之比vA∶vB=∶1
D.线速度之比vA∶vB=1∶
D [板上A、B两点的角速度相等,角速度之比ωA∶ωB=1∶1,选项A、B错误;
线速度v=ωr,线速度之比vA∶vB=1∶,选项错误,D正确.]
4.(加试要求)如图4&
7是自行车传动装置的示意图,其中Ⅰ是半径为r1的大齿轮,Ⅱ是半径为r2的小齿轮,Ⅲ是半径为r3的后轮,假设脚踏板的转速为nr/s,则自行车前进的速度为( )
7
A B
D
D [因为要计算自行车前进的速度,即车轮Ⅲ边缘上的线速度的大小,根据题意知:
轮Ⅰ和轮Ⅱ边缘上的线速度的大小相等,据v=rω可知:
r1ω1=r2ω2,已知ω1=ω,则轮Ⅱ的角速度ω2=ω,因为轮Ⅱ和轮Ⅲ共轴,所以转动的角速度相等即ω3=ω2,根据v=rω可知,v3=r3ω3==]考点二|圆周运动中的动力学分析
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
F==ω2r=r=ωv=4π2f2r
(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)(加试要求)
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.离心现象的受力特点(只必考要求)
8
当F=rω2时,物体做匀速圆周运动;
当F=0时,物体沿切线方向飞出;
当FFD.FB&
F
B [在平直公路上行驶时,重力等于支持力,由牛顿第三定律知,压力等于支持力,所以压力FA=g;
汽车到达B点时,有向下的加速度,汽车失重,故支持力小于重力,因而压力小于重力;
在点时与在B点时相反,压力大于重力,所以F&
FA&
FB,故B正确.]
2.(2017·
通化高三检测)如图4&
10所示,在匀速转动的圆筒内壁上紧靠着一个物体一起运动,充当向心力的是( )
10
A.重力B.弹力
.静摩擦力D.滑动摩擦力
B [物体在竖直方向上受重力和静摩擦力作用,两力平衡,在水平方向上受弹力作用,弹力充当向心力,B正确.]
3.(2017·
绍兴市调研)奥运会单杠比赛中有一个“单臂大回环”的动作,难度系数非常大.假设运动员质量为,单臂抓杠杆身体下垂时,手掌到人体重心的距离为l如图4&
11所示,在运动员单臂回转从顶点倒立转至最低点过程中,可将人体视为质量集中于重心的质点,且不考虑手掌与单杠间的摩擦力,重力加速度为g,若运动员在最低点的速度为2,则运动员的手臂拉力为自身重力的( )
11
A.2倍B.3倍
.4倍D.倍
D [对运动员在最低点受力分析,由牛顿第二定律可得,F-g=,解得,F=g,D项正确.]
4.(加试要求)在云南省某些地方到现在还要依靠滑铁索过江,若把这滑铁索过江简化成如图4&
12所示的模型,铁索的两个固定点A、B在同一水平面内,A、B间的距离为L=80,铁索的最低点离A、B连线的垂直距离为H=8,若把铁索看做是圆弧,已知一质量=2g的人借助滑轮(滑轮质量不计)滑到最低点时的速度为10/s,那么( )
12
A.人在整个铁索上的运动可看成是匀速圆周运动
B.可求得铁索的圆弧半径为100
.人在滑到最低点时,滑轮对铁索的压力为70N
D.人在滑到最低点时,滑轮对铁索的压力为0N
[人借助滑轮下滑过程中,其速度是逐渐增大的,因此人在整个铁索上的运动不能看成匀速圆周运动;
设圆弧的半径为r,由几何关系,有:
(r-H)2+2=r2,解得r=104;
人在滑到最低点时,根据牛顿第二定律得:
FN-g=,解得FN=70N,选项正确.]考点三|竖直面内圆周运动的临界问题
1.在竖直平面内做圆周运动的物体,按运动到轨道最高点时的受力情况可分为两类:
一是无支撑(如球与绳连接、沿内轨道运动的过车等),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.绳、杆模型涉及的临界问题
绳模型杆模型常见类型过最高点的临界条由g=得v临=由小球恰能做圆周运动得v临=0讨论分析
(1)过最高点时,v≥,FN+g=,绳、圆轨道对球产生弹力FN
(2)不能过最高点时,v&
,在到达最高点前小球已经脱离了圆轨道
(1)当v=0时,FN=g,FN为支持力,沿半径背离圆心
(2)当0时,FN+g=,FN指向圆心并随v的增大而增大
13所示,装置由一理想弹簧发射器及两个轨道组成.其中轨道Ⅰ由光滑轨道AB与粗糙直轨道B平滑连接,高度差分别是h1=020、h2=010,B水平距离L=100.轨道Ⅱ由AE、螺旋圆形EFG和GB三段光滑轨道平滑连接而成,且A点与F点等高.当弹簧压缩量为d时,恰能使质量=00g的滑块沿轨道Ⅰ上升到B点;
当弹簧压缩量为2d时,恰能使滑块沿轨道Ⅰ上升到点.(已知弹簧弹性势能与压缩量的平方成正比)
13
当弹簧压缩量为d时,若沿轨道Ⅱ运动,滑块能否上升到B点?
请通过计算说明理由
【解析】 恰能通过圆环最高点,需满足的条是g= ①由弹簧压缩量为d时,恰好使滑块上升到B点得EpA=gh1 ②沿轨道Ⅱ运动时由A到F机械能守恒EpA=v2 ③①②③联立解得v=2/s,R=04当R&
R=04时,滑块会脱离螺旋轨道,不能上升到B点.【答案】 见解析
/
1.(多选)(2016·
台州市六校高二联考)如图4&
14所示甲、乙、丙、丁是游乐场中比较常见的过车,甲、乙两图的轨道车在轨道的外侧做圆周运动,丙、丁两图的轨道车在轨道的内侧做圆周运动,两种过车都有安全锁(由上、下、侧三个轮子组成)把轨道车套在了轨道上,四个图中轨道的半径都为R,下列说法正确的是( )
14
A.甲图中,当轨道车以一定的速度通过轨道最高点时,座椅一定给人向上的力
B.乙图中,当轨道车以一定的速度通过轨道最低点时,安全带一定给人向上的力
.丙图中,当轨道车以一定的速度通过轨道最低点时,座椅一定给人向上的力
D.丁图中,轨道车过最高点的最小速度为
B [在甲图中,当速度比较小时,根据牛顿第二定律得,g-FN=,即座椅给人施加向上的力,当速度比较大时,根据牛顿第二定律得,g+FN=,即座椅给人施加向下的力,故A错误;
在乙图中,因为合力指向圆心,重力竖直向下,所以安全带一定给人向上的力,故B正确;
在丙图中,当轨道车以一定的速度通过轨道最低点时,合力方向向上,重力竖直向下,则座椅给人的作用力一定竖直向上,故正确;
在丁图中,由于轨道车有安全锁,可知轨道车在最高点的最小速度为零,故D错误.]
东阳模拟)一轻杆一端固定质量为的小球,以另一端为圆心,使小球在竖直面内做半径为R的圆周运动,如图4&
1所示,则下列说法正确的是( )
A.小球过最高点时,杆所受到的弹力可以等于零
B.小球过最高点的最小速度是
.小球过最高点时,杆对球的作用力一定随速度增大而增大
D.小球过最高点时,杆对球的作用力一定随速度增大而减小
A [轻杆可对小球产生向上的支持力,小球经过最高点的速度可以为零,当小球过最高点的速度v=时,杆所受的弹力等于零,A正确,B错误;
若v&
,则杆在最高点对小球的弹力竖直向上,g-F=,随v增大,F减小,若v&
,则杆在最高点对小球的弹力竖直向下,g+F=,随v增大,F增大,故、D均错误.]
3.长度为1的轻杆A的A端有一质量为2g的小球,以点为圆心,在竖直平面内做圆周运动,如图4&
16所示,小球通过最高点时的速度为3/s,g取10/s2,则此时小球将( )
16
A.受到18N的拉力
B.受到38N的支持力
.受到2N的拉力
D.受到2N的支持力
D [设此时轻杆拉力大小为F,根据向心力公式有F+g=,代入数值可得F=-2N,表示受到2N的支持力,选项D正确.]
4如图4&
17所示,小球紧贴在竖直放置的光滑圆形管道内壁做圆周运动,内侧壁半径为R,小球半径为r,则下列说法正确的是( )
17
A.小球通过最高点时的最小速度vin=
B.小球通过最高点时的最小速度vin=
.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
[小球沿光滑圆形管道上升,到达最高点的速度可以为零,A、B选项均错误;
小球在水平线ab以下的管道中运动时,由于重力的方向竖直向下,向心力方向斜向上,必须受外侧管壁指向圆心的作用力,正确;
小球在水平线ab以上的管道中运动时,由于重力有指向圆心的分量,若速度较小,小球可不受外侧管壁的作用力,D错误.]
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- 圆周运动 高考 物理 材料 分析
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