2017年高考一轮 4.4《圆周运动中的临界问题》ppt课件

2017年高考一轮 4.4《圆周运动中的临界问题》ppt课件内容摘要：

1、课标版 物理 第 4讲 圆周运动中的临界问题 考点一 水平圆周运动的临界问题 水平面内的很多圆周运动都存在临界状态 ,解答此类问题的关键是发 现临界状态 ,找到临界条件。 例如“刚好不发生相对滑动”的临界条件是 静摩擦力等于最大静摩擦力、“刚好不离开”的临界条件是接触面间正 压力等于零。 下面是火车拐弯问题分析。 在火车转弯处 ,让外轨高于内轨 ,如图所示 ,转弯时所需向心力由重力和弹 力的合力提供。 考点突破 设车轨间距为 L,两轨高度差为 h,车转弯半径为 R,质量为 当有多大的速度 ? 据三角形边角关系知 = ,对火车的受力情况分析得 =。 因为 角很小 ,所以 ,故 = ,所以向心力 因 2、为 ,所以车速 v=。 h、 L、 故火车转弯时的车速应是一个定 值 ,否则将对铁轨有不利影响 ,如 : (1)火车在弯道处的速度大于 时 ,重力和支持力的合力不足以充当火 车做圆周运动需要的向心力 ,火车要挤压外侧车轨 ,外侧车轨受挤压发生形 变产生弹力 ,补充不足的向心力。 (2)火车在弯道处的速度小于 时 ,重力和支持力的合力大于火车做圆 周运动需要的向心力 ,火车就要挤压内侧车轨 ,内侧车轨受挤压发生形变产 生弹力 ,抵消一部分重力和支持力的合力。 (多选 )铁路转弯处的弯道半径 道处要求外 轨比内轨高 ,其内、外轨高度差 还与火车在弯道上的 行驶速率 列说法正确的是 ( ) 要求 3、要求 要求 要求 答案 火车转弯时 ,圆周平面在水平面内 ,火车以设计速率行驶时 , 向心力刚好由重力 如图所示 ,则有 mg = ,据三角形边角关系知 = ,因为 角很小 ,所以 ,则有 ,通过分析可知 A、 2 (2015浙江理综 ,19,6分 )(多选 )如图所示为赛车场的一个水平“ U” 形弯道 ,转弯处为圆心在 内外半径分别为 r。 一辆质量为 m 的赛车通过 B线 ,有如图所示的、三条路线 ,其 中路线是以 O为圆心的半圆 ,r。 赛车沿圆弧路线行驶时 ,路面对轮 胎的最大径向静摩擦力为 择路线 ,赛车以不打滑的最大速率通过 弯道 (所选路线内赛车速率不变 ,发动机功率足够大 ),则 4、( ) ,赛车经过的路程最短 ,赛车的速率最小 ,赛车所用时间最短 D.、三条路线的圆弧上 ,赛车的向心加速度大小相等 答案 线、均由一半圆与两条直线构成 ,r+2r,r+2 r;路线由一半圆构成 ,r,所以 据 F= 有 , ,路线 半径最小 ,路线、半径相等 ,得 错。 根据 = , = , = ,得 t2t1正确。 根据 a= , , = = , = ,得 a1=a2=正确。 2223 如图所示 ,在光滑的圆锥体顶端用长为 球。 圆锥体固定在水平面上不动 ,其轴线沿竖直方向 ,母线与轴线之间的夹 角为 30。 小球以速率 (1)当 时 ,求绳对小球的拉力 ; (2)当 时 ,求绳对小球的拉力。 5、答案 (1) (2)26 2解析 如图所示 ,小球在锥面上运动 ,但支持力 ,小球只受重力 的拉力 合力沿水平面指向轴线。 根据牛顿第二定律有 : mg =m =m 解得 : (1)因为 以小球与锥面脱离接触 ,设绳与竖直方向的夹角为 ,此时小 球受力如图乙所示。 根据牛顿第二定律有 : FT = FT 解得 :2对临界问题的分析要做好以下几方面工作 有些题目中有“刚好”“恰好”“正好”等字眼 ,明显表 明题述的问题存在着临界点 ;若题目中有“取值范围”“多长时间”“多 大距离”等词语 ,表明题述的过程存在着“起止点” ,而这些起止点往往就 是临界状态 ;若题目中有“最大”“最小”“至多”“至少” 6、等字眼 ,表明 题述的过程存在着极值 ,这个极值点也往往是临界状态。 判断题述的过程存在临界状态之后 ,要通过分析弄清临界 状态出现的条件。 当确定了物体运动的临界状态和临界条件后 ,要分别对于 不同的运动过程或现象 ,选择相对应的物理规律 ,然后再列方程求解。 1 2015河北名校联盟质量监测 (二 ),20(多选 )如图 ,叠放在水平转台上 的物体 A、 B、 匀速转动 ,A、 B、 为 3m、 2m、 m,、 与转台间的动摩擦因数都为 ,台中心的距离分别为 r、 本题中的最大静摩擦力等于滑动摩擦 力。 以下说法正确的是 ( ) 的摩擦力一定为 3的摩擦力一定为 3 答案 对 由牛顿第二定 7、律及向心加速度公式有 :项正确 ;滑动时 ,(3m+2m)g=(3m+2m)2r,解得 = ,动时 ,得 := ,所以 考点二 竖直圆周运动的临界问题 在竖直平面内做圆周运动的物体 ,按运动至轨道最高点时的受力情况 可分为两类。 一类是无支撑 (如球与绳连接 ,沿内轨道的“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 (管道 )约束模型”。 物体在竖直平面内做的圆周运动是一种典型的变速曲线运动 ,该类运动常 有临界问题 ,并常伴有“最大”“最小”“刚好”等词语 ,现就两种模型分 析比较如下 : 如图所示为汽车过拱桥的三种情境的比 8、较分析 :质量为 以速率 桥面的圆弧半径为 r,其大小等于汽 车对桥面的压力。 甲为凸形桥面 ,乙为凹形桥面 ,丙为水平桥面。 对甲分析 ,因为汽车对桥面的压力 ,所以 (1)当 v= 时 ,汽车对桥面的压力 0; (2)当 0 v 时 ,汽车将脱离桥面、发生危险。 对乙分析 ,当汽车过凹形桥面最低点时 ,汽车的支持力和重力的合力提供向 心力。 则 :m ,FN=mg+m ,支持力一定大于重力 对丙分析 ,汽车在水平桥面上匀速行驶 ,FN= 杆球模型 常见 类型 均是没有支撑的小球 均是有支撑的小球 过最高 点的临 界条件 由 mg=m 得 由小球恰能做圆周运动即可得 0 2分析 (1)过最高点 9、时 ,v ,FN+mg=m , 绳、轨道对球产生弹力 2)不能过最高点 ,v 时 ,FN+mg=m ,心并随 在最高 点的 像 取竖直向下为正方向 取竖直向下为正方向 典例 4 (2015江苏苏州阶段检测 ,8)(多选 )如图所示 ,飞车表演队队员骑摩 托车在竖直的圆轨道内侧做圆周运动 ,质量为 面内旋转 ,下列说法正确的是 ( ) 答案 演队员在最低点时 ,由向心力公式可得 :m ,则 F=m 项 表演队员在最高点时 ,由向心力公式可得 :F +mg=m ,可知当 满足 F 0时 ,没有保险带 ,表演队员也不会掉 下来 ,当 F0时 ,表演队员对车座产生压力 ,压力随速度的增大而增大 ,大小 10、可 能等于 项 选项 2 内侧管壁对小球可能有作用力 外侧管壁对小球一定有作用力 ()g R r典例 5 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 ( ) 小球在水平线 由外侧管壁对小球的作用力 球的重力在背离圆心方向的分力 即 :m , 因此 ,外侧管壁一定对球有作用力 ,而内侧管壁无作用力 ,小球在水 平线 小球受管壁的作用力与小球速度大小有关 ,当 小球速度较小时 ,外侧壁对小球无作用力 , 2 答案 B 小球沿管道上升到最高点时的速度可以为零 ,故 点时 ,N擦力方向向左 点时 ,N=擦力方向向右 点时 ,N=(M+m)g,点时 ,N=(M+m)g,摩擦力方向向左 2 (2015甘肃兰州一中期中 ,16)如图 ,质量为 现有一质量为 A、 分别为圆周的最高点和最低点 ,B、 在同一水平线上的点。 小滑块运动时 ,物体 则物体 和地面 对 ( )。