鲁科版高中物理必修第二册精品课件 第3章 圆周运动 习题课 圆周运动的临界问题 (2).ppt

探究二竖直面内的圆周运动情境导引很多同学都看过杂技演员表演的“水流星”(如图所示),一根细绳系着盛水的杯子,演员抡起绳子,杯子就做圆周运动。同学们会发现杯子在竖直面内运动到最高点时,已经杯口朝下,水也不会从杯子里洒出来。你知道杯子运动到最高点时水不流出需要什么条件吗?知识归纳1.运动性质物体在竖直平面内做圆周运动时(忽略轨道的摩擦力),受弹力和重力两个力的作用,物体做变速圆周运动。2.最低点小球运动到最低点时受杆或轨道向上的弹力和向下的重力作用,由这两个3.最高点物体在最高点时的受力特点可分为以下两种模型:模型轻绳模型轻杆模型常见类型最高点弹力的特点弹力只能指向圆心弹力既可以指向圆心也可以背离圆心过最高点的临界条件?由小球能运动即可,得v临=0应用体验典例2如图所示,轻杆长3L,在杆两端分别固定质量均为m的球A和球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()A.球B的速度为零C.水平转轴对杆的作用力为1.5mgD.水平转轴对杆的作用力为2.5mgC规律方法竖直平面内圆周运动的分析方法(1)明确运动的模型,是轻绳模型还是轻杆模型。(2)明确物体的临界状态,即在最高点时物体具有最小速度时的受力特点。(3)分析物体在最高点及最低点的受力情况,根据牛顿第二定律列式求解。针对训练2一质量为1kg的小球,用长为0.1m细线系住,在竖直平面内做圆周运动。忽略空气阻力,g取10m/s2。(1)若过最高点时绳的拉力刚好为零,此时小球速度多大?(2)若过最高点时的速度为2m/s,此时细线拉力多大?(3)若过最高点时的速度为2m/s,当小球运动到最低点时细线拉力多大?解析(1)若过最高点时绳的拉力刚好为零,设此时小球速度大小为v1,根据牛顿第二定律有解得v1=1m/s。(2)若过最高点时的速度为v2=2m/s,设此时细线拉力大小为T1,根据牛顿第二定律有T1+mg=解得T1=30N。(3)若过最高点时的速度为v2=2m/s,设小球运动到最低点时速度大小为v3,根据动能定理有解得T2=90N。答案(1)1m/s(2)30N(3)90N学以致用·随堂检测全达标12341.如图所示,在竖直平面内的圆周轨道半径为r,质量为m的小物块以速度v通过轨道的最高点P。已知重力加速度为g,则小物块在P点受到轨道对它的压力大小为()B12342.(多选)如图所示,两个质量均为m的小木块a和b(可视为质点)放在水平圆盘上。a与转轴OO的距离为l,b与转轴的距离为2l。木块与圆盘的最大静摩擦力为木块所受重力的k倍,重力加速度大小为g。若圆盘从静止开始绕转轴缓慢地加速转动,用ω表示圆盘转动的角速度。下列说法正确的是()A.b一定比a先开始滑动B.a、b所受的摩擦力始终相等AC1234解析a与b所受的最大静摩擦力相等,而b需要的向心力较大,所以b先滑动,A正确;在未滑动之前,a、b各自受到的摩擦力等于其向心力,因此b受到的摩擦力大于a受到的摩擦力,B错误;b处于临界状态时kmg=mω2·2l,解得13423.(多选)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,重力加速度为g。下列说法正确的是()B.小球通过最高点时的最小速度vmin=0C.小球在水平线ab以下的管道中运动时,内侧管壁对小球一定有作用力D.小球在水平线ab以下的管道中运动时,外侧管壁对小球一定有作用力BD1342解析小球在最高点时,由于管道内侧能提供支持力,其通过的速度可以为零,选项A错误,选项B正确;小球在水平线ab以下的管道中运动时,由外侧管壁对小球的作用力N与小球的重力在背离圆心方向的分力FG的合力提供向心力,即N-FG=,因此,外侧管壁对球一定有作用力,而内侧管壁对球无作用力,选项C错误,D正确。13424.长L=0.5m质量可忽略的细杆,其一端可绕O点在竖直平面内转动,另一端固定着一个物体A。A的质量为m=2kg,当A通过最高点时,如图所示,g取10m/s2,求:(1)A在最高点的速度为1m/s时小球对杆的作用力;(2)A在最高点的速度为4m/s时小球对杆的作用力。1342答案(1)16N,向下(2)44N,向上学习目标1.掌握水平面内圆周运动临界问题的分析方法。(科学思维)2.掌握竖直面内圆周运动临界问题的分析方法。(科学思维)思维导图重难