【物理】2019届一轮复习人教版向心力、圆周运动的应用学案

【物理】2019届一轮复习人教版向心力、圆周运动的应用学案

紧扣考纲 考情再现 测试内容 测试要求 ‎2018年 ‎2017年 ‎2016年 ‎2015年 ‎2014年 向心力 C ‎27‎ ‎14‎ ‎26‎ ‎27‎ 考点一　向心力 ‎(1)定义：做圆周运动的物体所受到的沿着半径指向________的合力，叫做向心力．‎ ‎(2)特点：方向总是与线速度的方向__________，沿半径指向________，方向时刻在________，所以向心力是________力．‎ ‎(3)大小：‎ ‎①Fn＝________________(用线速度表示)．②Fn＝________________(用角速度表示)．③Fn＝______________(用周期表示)．‎ ‎(4)向心力的作用效果：向心力总是指向圆心，而线速度是沿圆周的切线方向，故向心力始终与线速度垂直，其作用效果只是改变物体速度的______，而不改变速度的________．‎ 特别提醒　向心力来源：向心力是按力的效果来命名的，向心力可以是重力、弹力、摩擦力等各种力，也可以是各力的合力或某力的分力．如：水平圆盘上跟圆盘一起匀速转动的物体和匀速转弯的汽车，其所受的摩擦力提供向心力．‎ 例1　(2018·如皋学测模拟)如图1所示，一人骑自行车以速度v通过一半圆形的拱桥顶端时，关于人和自行车受力的说法正确的是(　　)‎ 图1‎ A．人和自行车的向心力就是它们受的重力 B．人和自行车受到重力、支持力、牵引力、摩擦力和向心力的作用 C．人和自行车的向心力是它们所受重力和支持力的合力，方向指向圆心 D．人和自行车受到重力、支持力、牵引力、摩擦力和离心力的作用 易错辨析　向心力是根据效果命名的，受力分析时不分析．‎ 例2　(2010·江苏学测)某同学为感受向心力的大小与哪些因素有关，做了一个小实验：绳的一端拴一小球，手牵着在空中甩动，使小球在水平面内做圆周运动(如图2所示)．则下列说法正确的是(　　)‎ 图2‎ A．保持绳长不变，增大角速度，绳对手的拉力将不变 B．保持绳长不变，增大角速度，绳对手的拉力将增大 C．保持角速度不变，增大绳长，绳对手的拉力将不变 D．保持角速度不变，增大绳长，绳对手的拉力将减小 考点二　生活中的圆周运动 ‎(1)火车转弯时，向心力来源于铁轨对火车的__________力与火车________力的合力．‎ ‎(2)拱(凹)形桥 设汽车质量为m，桥面圆弧半径为r，汽车过桥面最高点(或最低点)时的速度为v，汽车所受支持力为FN.‎ 汽车过拱形桥最高点时，由向心力公式有____________＝m，此时FN________(填“>”“＝”或“<”)mg.‎ 当v≥____时，FN＝0，汽车将脱离桥面，容易发生危险．‎ 汽车过凹形桥最低点时，由向心力公式有________＝m.‎ 此时，FN______(填“>”“＝”或“<”)mg，汽车容易爆胎．‎ ‎(3)航天器中的失重现象 在任何关闭了发动机又不受阻力的飞行器中，都是一个________________的环境．‎ ‎(4)离心运动 当合外力突然为零，物体就沿____________飞去．当合力不足以提供向心力时，物体也会逐渐______________．‎ 例3　(2018·无锡学测模拟)洗衣机的脱水桶如图3所示，在甩干衣服时，脱水桶绕竖直轴高速转动，衣服紧贴脱水桶侧壁随之转动，则衣服做圆周运动的向心力由(　　)‎ 图3‎ A．衣服所受的静摩擦力提供 B．衣服所受重力和摩擦力的合力提供 C．衣服对桶盖壁的弹力提供 D．桶壁对衣服的弹力提供 例4　(2018·无锡学测模拟)一辆小汽车在如图4所示的路面上快速行驶，途经图示的A、B位置时，对路面的压力和它的重力的关系是(　　)‎ 图4‎ A．在A处时对路面的压力小于它的重力 B．在A处时对路面的压力大于它的重力 C．在B处时对路面的压力小于它的重力 D．在B处时对路面的压力等于它的重力 考点三　圆周运动的综合问题 ‎(1)圆周运动的解题步骤 ‎①明确研究对象．‎ ‎②受力分析，画出受力示意图．‎ ‎③明确圆周运动的轨迹、半径及圆心位置．‎ ‎④对物体受力沿圆心方向合成或分解．‎ ‎⑤根据牛顿运动定律和圆周运动的运动学公式列方程，求解．‎ ‎(2)竖直面内的圆周运动 ‎①如图5甲和乙所示，在竖直面内做圆周运动的小球，通过最高点时，由牛顿第二定律mg＋FN＝m.小球刚能到达最高点时，FN＝0，此时小球通过最高点需要的最小速度vmin＝：‎ 图5‎ ‎②如图丙所示，小球过最高点时：‎ a．小球速度v＝0时，轻杆对小球的支持力大小为mg；‎ b．小球速度0时，轻杆对小球的弹力是拉力，指向圆心．‎ 例5　一辆汽车匀速率通过一座圆弧形拱桥后，接着又以相同速率通过一圆弧形凹形桥．设两圆弧半径相等，汽车通过拱桥桥顶时，对桥面的压力F1为车重的一半．汽车通过圆弧形凹形桥的最低点时，对桥面的压力为F2.求F1与F2之比．‎ ‎　‎ ‎　‎ ‎　‎ 例6　如图6所示，过山车的轨道可视为竖直平面内半径为R的圆轨道．质量为m的游客随过山车一起运动，当游客以速度v经过圆轨道的最高点时(　　)‎ 图6‎ A．处于超重状态 B．向心加速度方向竖直向下 C．速度v的大小一定为 D．座位对游客的作用力为m ‎1.(2016·江苏学测)如图7所示，长为L的细线一端固定，另一端系一质量为m的小球．小球在竖直平面内摆动，通过最低点时的速度为v，则此时细线对小球拉力的大小为(　　)‎ 图7‎ A．mg B．m C．mg＋m D．mg－m ‎2．(2015·江苏学测)如图8所示，小球通过细线绕圆心O在光滑水平面上做匀速圆周运动．已知小球质量m＝0.40 kg，线速度大小v＝1.0 m/s，细线长L＝0.25 m，求：‎ 图8‎ ‎(1)小球的动能Ek；(2)小球的角速度大小ω；‎ ‎(3)细线对小球的拉力大小F.‎ ‎　‎ ‎　‎ ‎3．(2014·江苏学测)“魔盘”是一种神奇的游乐设施，它是一个能绕中心轴转动的带有竖直侧壁的大型转盘，随着“魔盘”转动角速度的增大，“魔盘”上的人可能滑向盘的边缘．如图9所示，质量为m的人(视为质点)坐在转盘上，与转盘中心O相距r.转盘的半径为R，人与盘面及侧壁间的动摩擦因数均为μ，设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度为g.‎ 图9‎ ‎(1)当转盘的角速度大小为ω0时，人未滑动，求此时人的线速度大小v.‎ ‎(2)求人与转盘发生相对滑动时转盘的角速度大小ω应满足的条件．‎ ‎(3)当人滑至“魔盘”侧壁处时，只要转盘的角速度不小于某一数值ωm，人就可以离开盘面，贴着侧壁一起转动．有同学认为，ωm的大小与人的质量有关，你同意这个观点吗？请通过计算说明理由．‎ 答案精析 考点突破 考点一 ‎(1)圆心　(2)垂直　圆心　改变　变　(3)①m ‎②mω2r　③mr　(4)方向　大小 例1　C　[重力与支持力的合力提供向心力，方向指向圆心．]‎ 例2　B 考点二 ‎(1)支持　重　(2)mg－FN　<　　FN－mg　>　(3)完全失重　(4)切线方向　远离圆心 例3　D　[桶壁对衣服的弹力指向圆心提供向心力．]‎ 例4　A　[A、B两处合力指向圆心，A处重力大于支持力，B处支持力大于重力．]‎ 考点三 例5　1∶3‎ 解析　汽车过圆弧形桥的最高点(或最低点)时，由重力与桥面对汽车的支持力的合力提供向心力．汽车过圆弧形拱桥的最高点时，由牛顿第三定律可知，桥面对汽车的支持力与汽车对桥面的压力大小相等，所以由牛顿第二定律可得G－F1＝ 同样，汽车过圆弧形凹形桥的最低点时，有F2－G＝ 又因F1＝ 联立解得F1∶F2＝1∶3.‎ 例6　B　[游客经过最高点时，向心加速度方向竖直向下，处于失重状态，所以A错误，B正确．由mg＋FN＝m在最高点的最小速度为，作用力为mg－m，所以C、D项错误．]‎ 真题演练 ‎1．C ‎2．见解析 解析　(1)小球动能Ek＝mv2＝0.20 J ‎(2)由v＝Lω得ω＝4.0 rad/s ‎(3)细线对小球的拉力提供向心力，由牛顿第二定律得 F＝m＝0.40× N＝1.60 N ‎3．(1)rω0　(2)ω> 　(3)见解析 解析　(1)线速度v＝rω＝rω0‎ ‎(2)由μmg .‎ ‎(3)不同意．‎ 由FN＝mωm2R和μFN＝mg得 ωm＝ ，则ωm与人的质量无关．‎