江蘇省2022年高中物理學業(yè)水平測試復習 第五章 曲線運動 第14講 向心力 圓周運動的應用學案 必修2

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1、江蘇省2022年高中物理學業(yè)水平測試復習 第五章 曲線運動 第14講 向心力 圓周運動的應用學案 必修2 緊扣考綱 考情再現 測試內容 測試要求 2018年 2017年 2016年 2015年 2014年 向心力 C 27 14 26 27 考點一　向心力 (1)定義：做圓周運動的物體所受到的沿著半徑指向________的合力，叫做向心力． (2)特點：方向總是與線速度的方向__________，沿半徑指向________，方向時刻在________，所以向心力是________力． (3)大?。? ①Fn＝________________(用

2、線速度表示)．②Fn＝________________(用角速度表示)．③Fn＝______________(用周期表示)． (4)向心力的作用效果：向心力總是指向圓心，而線速度是沿圓周的切線方向，故向心力始終與線速度垂直，其作用效果只是改變物體速度的______，而不改變速度的________． 特別提醒　向心力來源：向心力是按力的效果來命名的，向心力可以是重力、彈力、摩擦力等各種力，也可以是各力的合力或某力的分力．如：水平圓盤上跟圓盤一起勻速轉動的物體和勻速轉彎的汽車，其所受的摩擦力提供向心力． 例1　(2018·如皋學測模擬)如圖1所示，一人騎自行車以速度v通過一半圓形的拱橋頂端時

3、，關于人和自行車受力的說法正確的是(　　) 圖1 A．人和自行車的向心力就是它們受的重力 B．人和自行車受到重力、支持力、牽引力、摩擦力和向心力的作用 C．人和自行車的向心力是它們所受重力和支持力的合力，方向指向圓心 D．人和自行車受到重力、支持力、牽引力、摩擦力和離心力的作用 易錯辨析　向心力是根據效果命名的，受力分析時不分析． 例2　(2010·江蘇學測)某同學為感受向心力的大小與哪些因素有關，做了一個小實驗：繩的一端拴一小球，手牽著在空中甩動，使小球在水平面內做圓周運動(如圖2所示)．則下列說法正確的是(　　) 圖2 A．保持繩長不變，增大角速度，繩對手的拉力將

4、不變 B．保持繩長不變，增大角速度，繩對手的拉力將增大 C．保持角速度不變，增大繩長，繩對手的拉力將不變 D．保持角速度不變，增大繩長，繩對手的拉力將減小 考點二　生活中的圓周運動 (1)火車轉彎時，向心力來源于鐵軌對火車的__________力與火車________力的合力． (2)拱(凹)形橋 設汽車質量為m，橋面圓弧半徑為r，汽車過橋面最高點(或最低點)時的速度為v，汽車所受支持力為FN. 汽車過拱形橋最高點時，由向心力公式有____________＝m，此時FN________(填“>”“＝”或“<”)mg. 當v≥____時，FN＝0，汽車將脫離橋面，容易發(fā)生危險．

5、 汽車過凹形橋最低點時，由向心力公式有________＝m. 此時，FN______(填“>”“＝”或“<”)mg，汽車容易爆胎． (3)航天器中的失重現象 在任何關閉了發(fā)動機又不受阻力的飛行器中，都是一個________________的環(huán)境． (4)離心運動 當合外力突然為零，物體就沿____________飛去．當合力不足以提供向心力時，物體也會逐漸______________． 例3　(2018·無錫學測模擬)洗衣機的脫水桶如圖3所示，在甩干衣服時，脫水桶繞豎直軸高速轉動，衣服緊貼脫水桶側壁隨之轉動，則衣服做圓周運動的向心力由(　　) 圖3 A．衣服所受的靜摩擦力

6、提供 B．衣服所受重力和摩擦力的合力提供 C．衣服對桶蓋壁的彈力提供 D．桶壁對衣服的彈力提供 例4　(2018·無錫學測模擬)一輛小汽車在如圖4所示的路面上快速行駛，途經圖示的A、B位置時，對路面的壓力和它的重力的關系是(　　) 圖4 A．在A處時對路面的壓力小于它的重力 B．在A處時對路面的壓力大于它的重力 C．在B處時對路面的壓力小于它的重力 D．在B處時對路面的壓力等于它的重力 考點三　圓周運動的綜合問題 (1)圓周運動的解題步驟 ①明確研究對象． ②受力分析，畫出受力示意圖． ③明確圓周運動的軌跡、半徑及圓心位置． ④對物體受力沿圓心方向合成或分解．

7、 ⑤根據牛頓運動定律和圓周運動的運動學公式列方程，求解． (2)豎直面內的圓周運動 ①如圖5甲和乙所示，在豎直面內做圓周運動的小球，通過最高點時，由牛頓第二定律mg＋FN＝m.小球剛能到達最高點時，FN＝0，此時小球通過最高點需要的最小速度vmin＝： 圖5 ②如圖丙所示，小球過最高點時： a．小球速度v＝0時，輕桿對小球的支持力大小為mg； b．小球速度0時，輕桿對小球的彈力是拉力，指向圓心． 例5　一輛汽車勻速率通過一座圓弧形拱橋后，接著又以相同速率通過一圓

8、弧形凹形橋．設兩圓弧半徑相等，汽車通過拱橋橋頂時，對橋面的壓力F1為車重的一半．汽車通過圓弧形凹形橋的最低點時，對橋面的壓力為F2.求F1與F2之比． 　 　 　 例6　如圖6所示，過山車的軌道可視為豎直平面內半徑為R的圓軌道．質量為m的游客隨過山車一起運動，當游客以速度v經過圓軌道的最高點時(　　) 圖6 A．處于超重狀態(tài) B．向心加速度方向豎直向下 C．速度v的大小一定為 D．座位對游客的作用力為m 1.(2016·江蘇學測)如圖7所示，長為L的細線一端固定，另一端系一質量為m的小球．小球在豎直平面內擺動，通過最低點時的速度為v，則此時細線對小球拉力

9、的大小為(　　) 圖7 A．mg B．m C．mg＋m D．mg－m 2．(2015·江蘇學測)如圖8所示，小球通過細線繞圓心O在光滑水平面上做勻速圓周運動．已知小球質量m＝0.40 kg，線速度大小v＝1.0 m/s，細線長L＝0.25 m，求： 圖8 (1)小球的動能Ek；(2)小球的角速度大小ω； (3)細線對小球的拉力大小F. 　 　 3．(2014·江蘇學測)“魔盤”是一種神奇的游樂設施，它是一個能繞中心軸轉動的帶有豎直側壁的大型轉盤，隨著“魔盤”轉動角速度的增大，“魔盤”上的人可能滑向盤的邊緣．如圖9所示，質量為m的人(視為質點)坐在

10、轉盤上，與轉盤中心O相距r.轉盤的半徑為R，人與盤面及側壁間的動摩擦因數均為μ，設最大靜摩擦力等于滑動摩擦力，重力加速度為g. 圖9 (1)當轉盤的角速度大小為ω0時，人未滑動，求此時人的線速度大小v. (2)求人與轉盤發(fā)生相對滑動時轉盤的角速度大小ω應滿足的條件． (3)當人滑至“魔盤”側壁處時，只要轉盤的角速度不小于某一數值ωm，人就可以離開盤面，貼著側壁一起轉動．有同學認為，ωm的大小與人的質量有關，你同意這個觀點嗎？請通過計算說明理由． 答案精析 考點突破 考點一 (1)圓心　(2)垂直　圓心　改變　變　(3)①m ②mω2r?、踡r　(4)方向　大小 例1

11、　C　[重力與支持力的合力提供向心力，方向指向圓心．] 例2　B 考點二 (1)支持　重　(2)mg－FN　<　　FN－mg　>　(3)完全失重　(4)切線方向　遠離圓心 例3　D　[桶壁對衣服的彈力指向圓心提供向心力．] 例4　A　[A、B兩處合力指向圓心，A處重力大于支持力，B處支持力大于重力．] 考點三 例5　1∶3 解析　汽車過圓弧形橋的最高點(或最低點)時，由重力與橋面對汽車的支持力的合力提供向心力．汽車過圓弧形拱橋的最高點時，由牛頓第三定律可知，橋面對汽車的支持力與汽車對橋面的壓力大小相等，所以由牛頓第二定律可得G－F1＝ 同樣，汽車過圓弧形凹形橋的最低點時，有F

12、2－G＝ 又因F1＝ 聯立解得F1∶F2＝1∶3. 例6　B　[游客經過最高點時，向心加速度方向豎直向下，處于失重狀態(tài)，所以A錯誤，B正確．由mg＋FN＝m在最高點的最小速度為，作用力為mg－m，所以C、D項錯誤．] 真題演練 1．C 2．見解析 解析　(1)小球動能Ek＝mv2＝0.20 J (2)由v＝Lω得ω＝4.0 rad/s (3)細線對小球的拉力提供向心力，由牛頓第二定律得 F＝m＝0.40× N＝1.60 N 3．(1)rω0　(2)ω> 　(3)見解析 解析　(1)線速度v＝rω＝rω0 (2)由μmg . (3)不同意． 由FN＝mωm2R和μFN＝mg得 ωm＝ ，則ωm與人的質量無關．