2026高考物理复习课件 第四章第3讲 圆周运动

第四章曲线运动第3讲圆周运动 目录123教材阅读指导考点一圆周运动的描述考点二圆周运动的动力学问题课时作业6 教材阅读指导(对应人教版必修第二册相关内容及问题) 第六章第1节[问题]，大、小两个齿轮边缘上的点，哪个运动得更快些？同一个齿轮上到转轴的距离不同的点，哪个运动得更快些？第六章第2节阅读“向心力”这一部分内容，向心力是按性质命名的力吗？对物体进行受力分析时分析向心力吗？提示：大、小齿轮边缘上的点线速度大小相同。同一个齿轮上到转轴的距离不同的点，角速度相同。提示：向心力是由某个力或者几个力的合力提供的，是根据力的作用效果命名的。对物体进行受力分析时不分析向心力。 第六章第2节[实验]，写出向心力大小的表达式。第六章第2节阅读“变速圆周运动和一般曲线运动的受力特点”这一部分内容，说一说变速圆周运动的受力特点，怎样处理一般的曲线运动？提示：对变速圆周运动，将其所受合力F沿切线和半径方向分解，切向力Ft改变速度大小，指向圆心的合力Fn改变速度的方向。研究一般的曲线运动时，将曲线分割为许多很短的小段，质点在每小段的运动都可以看作圆周运动的一部分，这样就可以采用分析圆周运动的方法来进行处理。 第六章第3节[思考与讨论]，A、B、C三点中，哪两点适用于“向心加速度与半径成正比”？哪两点适用于“向心加速度与半径成反比”？第六章第4节图6．41、6．42和6．43，观察火车轮缘，火车转弯满足什么条件时车轮不受侧压力？速度过大哪边受侧压力？速度过小呢？提示：当重力和支持力的合力刚好提供向心力时，车轮不受侧压力；速度过大时外侧受压力，速度过小时内侧受压力。 第六章[复习与提高]B组T3；T5；T6。 考点一圆周运动的描述 快慢ωrm/s 转动快慢rad/s或s－1一周圈数Hzr/sr/min 方向快慢指向圆心ω2rm/s2 2．匀速圆周运动(1)定义：如果物体沿着圆周运动，并且线速度的大小________，这种运动叫作匀速圆周运动。(2)性质：加速度大小______、方向总是指向_____的变加速曲线运动。(3)条件：有初速度，受到一个大小不变、方向始终与速度方向______且指向圆心的合力。处处相等不变圆心垂直 常见的三种传动方式及特点(1)皮带传动：如图甲、乙所示，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。(2)摩擦(齿轮)传动：如图丙所示，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。(3)同轴转动：如图丁所示，两轮固定在一起绕同一转轴转动，两轮转动的角速度大小相等，即ωA＝ωB。 考点二圆周运动的动力学问题 一、向心力(Fn)1．作用效果：产生向心加速度，只改变线速度的_____，不改变线速度的_____。2．方向：指向_____，时刻在变。3．来源：某个力，或某几个力的合力，或某个力的分力。4．公式：Fn＝_____＝_____。5．单位：_____。方向大小圆心mω2rN 匀速圆周运动变速圆周运动运动特点线速度的大小____，角速度、周期和频率都____，向心加速度的大小____线速度的大小、方向都____，角速度____，向心加速度的大小、方向都变，周期可能变也________受力特点所受到的_____为向心力，大小不变，方向变，其方向时刻____________所受到的合力__________，合力产生两个效果：(1)沿半径方向的分力____，即向心力，它改变速度的_____；(2)沿切线方向的分力___，它改变速度的______运动性质变加速曲线运动(加速度大小不变，方向变化)变加速曲线运动(加速度大小、方向都变化)二、匀速圆周运动与变速圆周运动不变不变不变变变可能不变合力指向圆心不指向圆心Fn方向Ft大小 三、离心现象1．离心运动(1)定义：做_________的物体，在向心力突然消失或合力不足以提供所需的_______时，所做的逐渐远离圆心的运动。(2)本质：做圆周运动的物体，由于____，总有沿着________飞出去的倾向。圆周运动向心力惯性切线方向 (3)受力特点①当F＝mω2r时，物体做__________运动。②当F<mω2r时，物体逐渐______圆心，做离心运动。③当F＝0时，物体沿_____方向飞出。2．近心运动：当F>mω2r时，物体将逐渐______圆心，做近心运动。匀速圆周远离切线靠近 1．做圆周运动的物体，一定受到向心力的作用，所以分析受力时，必须指出受到的向心力。()2．匀速圆周运动是匀变速曲线运动，变速圆周运动是变加速曲线运动。()3．在光滑的水平路面上，汽车不可以转弯。()4．摩托车转弯时速度过大就会向外发生滑动，这是摩托车受沿转弯半径向外的离心力作用的缘故。()5．火车转弯速率小于规定的数值时，内轨受到的压力会增大。()××√×√ 1．圆周运动动力学问题的解题方法(1)对研究对象进行受力分析，确定向心力来源。(2)确定圆周运动的轨道平面，确定圆心和轨道半径。(3)应用牛顿运动定律和圆周运动知识列方程求解。2．向心力分析实例运动模型向心力的来源汽车在水平路面转弯 水平转台(光滑)飞机水平转弯火车转弯 圆锥摆物体在光滑半圆形碗内做匀速圆周运动 例3(多选)某飞船发射升空后，进入椭圆轨道，然后实施变轨进入距地球表面约343km的圆形轨道。已知飞船的质量约为8000kg，飞船约90min绕地球一圈，地球半径约为6．37×103km，π取3．14，下列判断正确的是()A．飞船在圆形轨道上运行时的向心加速度大小约为0．46m/s2B．飞船在圆形轨道上运行时的向心加速度大小约为9．08m/s2C．飞船在圆形轨道上运行时所受的向心力大小约为0．37×104ND．飞船在圆形轨道上运行时所受的向心力大小约为7．26×104N 例4荡秋千是儿童喜爱的一项体育运动，当秋千从最高点向下荡到如图所示位置时，小孩的加速度方向可能是图中的()A．a方向B．b方向C．c方向D．d方向解析秋千从最高点向下荡的过程中，小孩的速率逐渐增大，在如图所示位置时，小孩的速度不为零，故加速度沿半径方向的分量不为零，且小孩的加速度沿圆弧的切线方向的分量不为零，即小孩的加速度方向可能是图中的c方向，故选C。 例5图1所示是一种叫“旋转飞椅”的游乐项目，将其结构简化为图2所示的模型。长L＝3m的钢绳一端系着座椅，另一端固定在半径r＝3m的水平转盘边缘，转盘可绕穿过其中心的竖直轴转动。转盘匀速转动时，钢绳与转轴在同一竖直平面内，与竖直方向的夹角θ＝37°。将游客和座椅看作一个质点，质量m＝60kg，不计钢绳重力和空气阻力，重力加速度g＝10m/s2，sin37°＝0．6，cos37°＝0．8，求游客和座椅随转盘做匀速圆周运动时：(1)钢绳的拉力大小T；(2)向心力的大小Fn；(3)线速度的大小v。答案(1)750N(2)450N(3)6m/s 跟进训练(2025·江苏省宿迁中学高三上8月月考)如图，汽车在铺设沥青的高速公路上行驶时，轮胎与地面的动摩擦因数μ＝0．4，设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，g取10m/s2。(1)在此高速公路上转弯时，假设对汽车的设计限速为12m/s，求水平弯道的最小半径；(2)若弯道路面设计为倾斜(内低外高)，弯道半径为250m，路面倾角为θ，且tanθ＝0．05，要使汽车通过此弯道时不产生侧向摩擦力，求汽车通过弯道时的速度大小。 课时作业 [A组　基础巩固练]1．(2025·江苏省南通市海安市高三上学期期初学业质量检测)A、B两艘快艇在湖面上做匀速圆周运动，如图所示，在相同时间内，它们通过的路程之比是4∶3，运动方向改变的角度之比是3∶2，则它们的()A．线速度大小之比为2∶3B．角速度大小之比为3∶4C．圆周运动的半径之比为9∶8D．向心加速度大小之比为2∶1 3．(2024·广东省深圳市高三下模拟)为防止人类太空航行长期处于失重环境中引起的健康问题，科学家们设想将太空飞船建造成轴对称环形结构，通过圆环绕中心轴匀速转动使航天员产生模拟重力效果。若圆环的直径为40m，航天员(可视为质点)站立于圆环内壁时，为产生与宇航员在地球表面相同的重力效果，则圆环转动的角速度ω约为()A．0．7rad/sB．1．4rad/sC．7rad/sD．14rad/s 4．(2024·广西南宁市高三下二模)如图1所示，修正带是一种常见的学习用具，是通过两个齿轮的相互咬合进行工作的，其原理可简化为图2中所示的模型。A、B是转动的大小齿轮边缘的两点，C是大齿轮上的一点，若A、B、C的轨道半径之比为2∶3∶2，则A、B、C的向心加速度大小之比为()A．9∶6∶4B．9∶6∶2C．6∶4∶3D．6∶3∶2 6．荡秋千是小朋友们最喜欢的游戏之一，如图为一秋千模型，水平横梁与每一根绳间装有力传感器，质量为40kg的小朋友坐在秋千上，小朋友重心离系绳子的水平横梁垂直距离为2m。若秋千板摆到最低点时，每一根绳上的拉力显示为450N，忽略板和绳的质量，重力加速度g取10m/s2，则小孩在此位置运动的速度大小约为()A．1．5m/sB．3．0m/sC．5．0m/sD．7．5m/s 7．辽宁舰质量为m＝6×106kg，如图是辽宁舰在海上转弯时的照片，假设整个过程中辽宁舰做匀速圆周运动，速度大小为20m/s，圆周运动的半径为1000m，下列说法中正确的是()A．在A点时水对辽宁舰的合力指向圆心B．在A点时水对辽宁舰的合力大小约为F＝6．0×107NC．在A点时水对辽宁舰的合力大小约为F＝2．4×106ND．在A点时水对辽宁舰的合力大小为0 8．(多选)滚筒洗衣机静止于水平地面上，衣物随着滚筒一起在竖直平面内做高速匀速圆周运动，以达到脱水的效果，滚筒截面如图所示，A点为最高点，B点为最低点，CD为水平方向的直径，下列说法正确的有()A．衣物运动到A点时处于超重状态B．衣物运动到B点时脱水效果最好C．衣物运动到C点或D点时，洗衣机对地面的摩擦力不为零D．衣物在B点时，洗衣机对地面的压力等于洗衣机的重力 衣物运动到C点或D点时，根据力的合成与分解可知，洗衣机对衣物作用力的水平分力提供衣物做圆周运动的向心力，由牛顿第三定律可知，此时衣物对洗衣机在水平方向的作用力不为零，而洗衣机是静止的，由平衡条件可知，地面对洗衣机的摩擦力不为零，根据牛顿第三定律可知，衣物运动到C点或D点时，洗衣机对地面的摩擦力不为零，故C正确。 9．场地自行车比赛的圆形赛道是一个内倾斜路面，路面与水平面的倾角为15°。某运动员骑自行车在该赛道上做匀速圆周运动，其速度v＝13m/s时，自行车恰好不受侧向摩擦力作用。已知自行车和运动员的质量一共是100kg，不考虑空气阻力，g取10m/s2，已知sin15°≈tan15°≈0．26，cos15°≈0．97。(1)求圆形赛道的半径；(2)若圆形赛道的倾角改为37°，该运动员骑自行车仍然以13m/s的速度沿该赛道做匀速圆周运动，求此时自行车所受的侧向摩擦力大小。(sin37°＝0．6，cos37°＝0．8)答案：(1)65m(2)392N 12．如图所示，旋转秋千中的两个座椅A、B质量相等，通过相同长度的缆绳悬挂在旋转圆盘上。不考虑空气阻力的影响，当旋转圆盘绕竖直的中心轴匀速转动时，下列说法正确的是()A．A的速度比B的大B．A与B的向心加速度大小相等C．悬挂A、B的缆绳与竖直方向的夹角相等D．悬挂A的缆绳所受的拉力比悬挂B的小