复习方案第2步 高考研究(二) 圆周运动的临界问题.ppt

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复习方案第2步 高考研究(二) 圆周运动的临界问题

进入导航页 导航页 结束放映 返回导航页 结 束 放 映 第三单元 曲线运动 返回导航页 结 束 放 映 第14讲 资本主义世界市场的形成与发展 返回导航页 结 束 放 映 题型1 竖直平面内圆周运动的 临界问题——轻绳模型 高 考 研 究 (二) 课时跟踪检测 题型2 竖直平面内圆周运动的 临界问题——轻杆模型 题型3 水平面内圆周运动的 临界问题 单元质量检测 解决这类问题时先分析题目中有“刚好”“恰好”“正好”等字眼,明显表明题述的过程存在着临界点;若题目中有“最大”“最小”“至多”“至少”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。牢记“绳子刚好伸直”的意思是“伸直但无张力”,再者牢记“静摩擦力大小有个范围,方向可以改变”这些特点。最后选择物理规律。当确定了物体运动的临界状态和临界条件后,要分别对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。 方法 突破 在水平面内做圆周运动的物体,当转速变化时,会出现绳子张紧、绳子突然断裂、静摩擦力达最大值、弹簧弹力大小方向发生变化等,从而出现临界问题。 题型 简述 (2)将v2=4 m/s代入得,F2=15 N。 (3)由分析可知,小球在最低点张力最大,对小球受力分析如图乙,由牛顿第二定律得 F3-mg=将F3=45 N代入得v3=4 m/s。 即小球的速度不能超过4 m/s。 [答案] (1)2 m/s (2)15 N (3)4 m/s [解析] 因圆盘从静止开始绕转轴缓慢加速转动,在某一时刻可认为,木块随圆盘转动时,其受到的静摩擦力的方向指向转轴,两木块转动过程中角速度相等,则根据牛顿第二定律可得Ff=mω2R,由于小木块b的轨道半径大于小木块a的轨道半径,故小木块b做圆周运动需要的向心力较大,B错误;因为两小木块的最大静摩擦力相等,故b一定比a先开始滑动,A正确;当b开始滑动时,由牛顿第二定律可得kmg=mωb2·2l,可得ωb= ,C正确;当a开始滑动时,由牛顿第二定律可得kmg=mωa2l,可得ωa= ,而转盘的角速度 ,小木块a未发生滑动,其所需的向心力由静摩擦力来提供,由牛顿第二定律可得Ff=mω2l=kmg,D错误。[答案] AC [技巧点拨] 轻杆在最高点时既可以对小球施加向上的支持力,也可以施加向下的拉力,这根据小球在最高点的速度大小而定。 本题巧妙地把轻杆对小球作用力的大小与小球速度建立联系,并以图像的形式呈现。解题时要抓住作用力为零所代表的意义,以及建立(b,0)左、右两侧作用力大小变化的动态思维情景。 [解析] 由题图可知,当小球在最高点的速度为零时,有mg=a;当杆对小球无作用力时,有mg=m=m;联立两式可解得:m=,g=,选项A正确,B错误;当v2=cb时,杆对球是拉力,方向向下,选项C错误;v2=2b时,则F+mg=m=m=2mg,则F=mg,即小球受到的弹力与重力大小相等,选项D错误。 [答案] A [解析] (1)在最高点,对小球受力分析如图甲,由牛顿第二定律得 mg+F1= ① 由于轻绳对小球只能提供指向圆心的拉力,即F1不可能取负值, 亦即F1≥0 由得v≥,代入数值得v≥2 m/s。 所以,小球要做完整的圆周运动,在最高点的速度至少为2 m/s。 [跟进训练] 2.(2016·绵阳诊断)如图4所示,轻杆长3L,在杆两端分别固定质量均为m的球A和B,光滑水平转轴穿过杆上距球A为L处的O点,外界给系统一定能量后,杆和球在竖直平面内转动,球B运动到最高点时,杆对球B恰好无作用力。忽略空气阻力。则球B在最高点时(  )[例2] 如图3甲所示,轻杆一端固定在O点,另一端固定一小球,现让小球在竖直平面内做半径为R的圆周运动。小球运动到最高点时,杆与小球间弹力大小为F,小球在最高点的速度大小为v,其F-v2图像如图乙所示。不计空气阻力,则(  ) [规律总结] 圆周运动的临界问题,一般有两类:一类是做圆周运动的物体,在某些特殊位置上,存在着某一速度值,小于(或大于)这个速度,物体就不能再继续做圆周运动了,此速度即为临界速度;另一类是因为某种原因导致物体的受力发生变化,其运动状态随之变化,对应物体出现相应的临界状态。 [例1] 如图1所示,一质量为m=0.5 kg 的小球,用长为0.4 m的轻绳拴住在竖直平面内做圆周运动。g取10 m/s2,求: (1)小球要做完整的圆周运动,在最高点的速度至少为多大? (2)当小球在最高点的速度为4 m/s时,轻绳拉力多大? (3)若轻绳能承受的最大张力为45 N,小球的速度不能超过多大值? 竖直平面内圆周运动的临界问题——轻绳模型 竖直平面内圆周运动的临界问题——轻杆模型 水平面内圆

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