圓周運動只是總結和習題

2021-10-30 14:36:31 字數 4517 閱讀 2559

(一)基礎知識

1. 勻速圓周運動的基本概念和公式

(1)線速度大小 ,方向沿圓周的切線方向,時刻變化;

(2)角速度 ,恆定不變數;

(3)週期與頻率 ;

(4)向心力 ,總指向圓心,時刻變化,向心加速度 ,方向與向心力相同;

(5)線速度與角速度的關係為 , 、 、 、 的關係為 。所以在 、 、 中若乙個量確定,其餘兩個量也就確定了,而還和有關。

2. 質點做勻速圓周運動的條件

(1)具有一定的速度;

(2)受到的合力(向心力)大小不變且方向始終與速度方向垂直。合力(向心力)與速度始終在乙個確定不變的平面內且一定指向圓心。

3. 向心力有關說明

向心力是一種效果力。任何乙個力或者幾個力的合力,或者某乙個力的某個分力,只要其效果是使物體做圓周運動的,都可以認為是向心力。做勻速圓周運動的物體,向心力就是物體所受的合力,總是指向圓心;做變速圓周運動的物體,向心力只是物體所受合外力在沿著半徑方向上的乙個分力,合外力的另乙個分力沿著圓周的切線,使速度大小改變,所以向心力不一定是物體所受的合外力。

(二)解決圓周運動問題的步驟

1. 確定研究物件;

2. 確定圓心、半徑、向心加速度方向;

3. 進行受力分析,將各力分解到沿半徑方向和垂直於半徑方向;

4. 根據向心力公式,列牛頓第二定律方程求解。

基本規律:徑向合外力提供向心力

(三)常見問題及處理要點

1. 皮帶傳動問題

例1:如圖所示,為一皮帶傳動裝置,右輪的半徑為r,a是它邊緣上的一點,左側是一輪軸,大輪的半徑為4r,小輪的半徑為2r,b點在小輪上,到小輪中心的距離為r,c點和d點分別位於小輪和大輪的邊緣上,若在傳動過程中,皮帶不打滑,則( )

a. a點與b點的線速度大小相等

b. a點與b點的角速度大小相等

c. a點與c點的線速度大小相等

d. a點與d點的向心加速度大小相等

2. 水平面內的圓周運動

轉盤:物體在轉盤上隨轉盤一起做勻速圓周運動,物體與轉盤間分無繩和有繩兩種情況。無繩時由靜摩擦力提供向心力;有繩要考慮臨界條件。

例1:如圖所示,水平轉盤上放有質量為m的物體,當物塊到轉軸的距離為r時,連線物塊和轉軸的繩剛好被拉直(繩上張力為零)。物體和轉盤間的最大靜摩擦力是其正壓力的倍。求:

(1)當轉盤的角速度時,細繩的拉力 。

(2)當轉盤的角速度時,細繩的拉力

圓錐擺:圓錐擺是運動軌跡在水平面內的一種典型的勻速圓周運動。其特點是由物體所受的重力與彈力的合力充當向心力,向心力的方向水平。

也可以說是其中彈力的水平分力提供向心力(彈力的豎直分力和重力互為平衡力)。

例2:小球在半徑為r的光滑半球內做水平面內的勻速圓周運動,試分析圖中的 (小球與半球球心連線跟豎直方向的夾角)與線速度v、週期t的關係。(小球的半徑遠小於r)。

3. 豎直麵內的圓周運動

豎直麵內圓周運動最高點處的受力特點及題型分類(圖4)。

圖4(1)彈力只可能向下,如繩拉球。這種情況下有 ,即 ,否則不能通過最高點;

(2)彈力只可能向上,如車過橋。在這種情況下有 , ,否則車將離開橋面,做平拋運動;

(3)彈力既可能向上又可能向下,如管內轉(或杆連球、環穿珠)。這種情況下,速度大小v可以取任意值。但可以進一步討論:

a. 當時物體受到的彈力必然是向下的;當時物體受到的彈力必然是向上的;當時物體受到的彈力恰好為零。b.

當彈力大小時,向心力有兩解 ;當彈力大小時,向心力只有一解 ;當彈力時,向心力等於零,這也是物體恰能過最高點的臨界條件。

結合牛頓定律的題型

例3:如圖5所示,桿長為 ,球的質量為 ,杆連球在豎直平面內繞軸o自由轉動,已知在最高點處,杆對球的彈力大小為 ,求這時小球的瞬時速度大小。

圖5(四)難點問題選講

1. 極值問題

例6:如圖8所示,用細繩一端繫著的質量為的物體a靜止在水平轉盤上,細繩另一端通過轉盤中心的光滑小孔o吊著質量為的小球b,a的重心到o點的距離為 。若a與轉盤間的最大靜摩擦力為 ,為使小球b保持靜止,求轉盤繞中心o旋轉的角速度的取值範圍。

(取 )

圖83. 數理問題

例8:如圖10,光滑的水平桌面上釘有兩枚鐵釘a、b,相距 ,長的柔軟細線一端拴在a上,另一端拴住乙個質量為500g的小球,小球的初始位置在ab連線上a的一側,把細線拉直,給小球以2m/s的垂直細線方向的水平速度,使它做圓周運動,由於釘子b的存在,使細線逐步纏在a、b上,若細線能承受的最大拉力 ,則從開始運動到細線斷裂的時間為多少?

圖10【模擬試題】

1. 關於互成角度(不為零度和180°)的乙個勻速直線運動和乙個勻變速直線運動的合運動,下列說法正確的是( )

a. 一定是直線運動

b. 一定是曲線運動

c. 可能是直線,也可能是曲線運動

d. 以上答案都不對

2. 一架飛機水平勻速飛行,從飛機上每隔1s釋放乙個鐵球,先後釋放4個,若不計空氣阻力,則這4個球( )

a. 在空中任何時刻總是排列成拋物線,它們的落地點是等間距的

b. 在空中任何時刻總是排列成拋物線,它們的落地點是不等間距的

c. 在空中任何時刻總是在飛機的正下方排列成豎直直線,它們的落地點是不等間距的

d. 在空中任何時刻總是在飛機的正下方排列成豎直直線,它們的落地點是等間距的

3.關於圓周運動的向心力、向心加速度、角速度、線速度,下列說法中正確的是(   )

a.做圓周運動的物體所受的合外力就是向心力,其方向一定指向圓心

b.做勻速圓周運動的物體向心加速度越大,物體運動的速率變化越快

c.做勻速圓周運動的物體角速度越大,速度方向改變越快

d.做勻速圓周運動的物體線速度越大,連線物體與圓心的軌道半徑轉動越快

4.在地球表面處取這樣幾個點:北極點a、赤道上一點b、ab弧的中點c、過c點的緯線上取一點d,如圖4-5所示.則(   )

a.b、c、d三點的角速度相同 b.c、d兩點的線速度大小相等

c.b、c兩點的向心加速度大小相等 d.c、d兩點的向心加速度大小相等

5.如圖4-6所示,一物體a放在粗糙板上隨板一起在豎直平面內沿逆時針方向做勻速圓周運動,且板始終保持水平,位置mn在同一水平高度上,則(   )

a.物體在位置mn時受到的彈力都大於重力

b.物體在位置mn時受到的彈力都小於重力

c.物體在位置m時受到的彈力大於重力,在位置n時受到的彈力小於重力

d.物體在位置n時受到的彈力小於重力,在位置m時受到的彈力大於重力

6.假定雨傘面完全水平,旋轉時,其上一部分雨滴甩出來,下面關於傘面上雨滴的受力和運動情況的說法中正確的是(   )

a.越靠近轉軸的雨滴所需的向心力越小

b.雨滴離開雨傘時是沿背離轉軸的方向離心而去的

c.雨滴離開雨傘後對地的運動是平拋運動 d.雨傘轉得越快,雨滴落地的時間就越長

7.汽車通過拱橋最高點時,(   )

a.汽車對橋的壓力大於汽車所受的重力 b.汽車速度越大,它對橋的壓力就越小

c.汽車速度大於一定值時,汽車對橋的壓力可能為零

d.汽車速度越大,汽車對橋面的壓力就越小

8.如圖4-7所示,乙隻光滑的碗水平放置,其內放一質量為m的小球,開始時小球相對於碗靜止於碗底,則下列哪些情況能使碗對小球的支援力大於小球的重力

a.碗豎直向上做加速運動 b.碗豎直向下做減速運動

c.碗豎直向下做加速運動 d.當碗由水平勻速運動而突然靜止時

9.由上海飛往美國洛杉磯的飛機在飛越太平洋上空的過程中,如果保持飛行速度的大小和距離海面的高度均不變,則以下說法中正確的是( )

a.飛機做的是勻速直線運動 b.飛機上的乘客對座椅的壓力略大於重力

c.飛機上的乘客對座椅的壓力略小於重力 d.飛機上的乘客對座椅的壓力為零

10.把盛水的小水桶拴在長為l的繩子的一端,使這個小水桶在豎直平面內做圓周運動,要使水在小水桶轉到最高點時不從桶裡流出來,這時水桶轉動的角速度至少應該是(   )

a. b. c. d.

11. 在抗洪搶險中,戰士駕駛摩托艇救人,假設江岸是平直的,洪水沿江向下游流去,水流速度為 ,摩托艇在靜水中的航速為 ,戰士救人的地點a離岸邊最近處o的距離為d,如戰士想在最短時間內將人送上岸,則摩托艇登陸的地點離o點的距離為( )

a. b. c. d.

12. 火車軌道在轉彎處外軌高於內軌,其高度差由轉彎半徑與火車速度確定。若在某轉彎處規定行駛速度為 ,則下列說法中正確的是( )

① 當以的速度通過此彎路時,火車重力與軌道面支援力的合力提供向心力

② 當以的速度通過此彎路時,火車重力、軌道面支援力和外軌對輪緣彈力的合力提供向心力

③ 當速度大於v時,輪緣擠壓外軌

④ 當速度小於v時,輪緣擠壓外軌

a. ①③ b. ①④ c. ②③ d. ②④

13. m為在w ww.ks m水平傳送帶上被傳送的小物體(可視為質點),a為終端皮帶輪,如圖所示,已知皮帶輪半徑為r,傳送帶與皮帶輪間不會打滑。

當m可被水平丟擲時,a輪每秒的轉數最少是

abcd.

14. 在做「研究平拋物體的實驗」時,讓小球多次沿同一軌道運動,通過描點法畫小球做平拋運動的軌跡,為了能較準確地描繪運動軌跡,下面列出了一些操作要求,將你認為正確的選項前面的字母填在橫線上: 。

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