圆周运动知识点.doc

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描述圆周运动的物理量及相互关系
圆周运动1、定义：物体运动轨迹为圆称物体做圆周运动。
2、描述匀速圆周运动的物理量
（1）轨道半径（r）
（2）线速度（v）： 定义式： 矢量：质点做匀速圆周运动某点线速度的方向就在圆周该点切线方向上。
（3）角速度（ω，又称为圆频率）：
(φ是t时间内半径转过的圆心角) 单位：弧度每秒（rad/s）
（4）周期（T）：做匀速圆周运动的物体运动一周所用的时间叫做周期。
（5）频率（f，或转速n）：物体在单位时间内完成的圆周运动的次数。
各物理量之间的关系：

注意：计算时，均采用国际单位制，角度的单位采用弧度制。
（6）向心加速度
（还有其它的表示形式，如：）
方向：其方向时刻改变且时刻指向圆心。
对于一般的非匀速圆周运动，公式仍然适用，为物体的加速度的法向加速度分量，r为曲率半径；物体的另一加速度分量为切向加速度，表征速度大小改变的快慢（对匀速圆周运动而言，=0）
（7）向心力
匀速圆周运动的物体受到的合外力常常称为向心力，向心力的来源可以是任何性质的力，常见的提供向心力的典型力有万有引力、洛仑兹力等。对于一般的非匀速圆周运动，物体受到的合力的法向分力提供向心加速度（下式仍然适用），切向分力提供切向加速度。
向心力的大小为：（还有其它的表示形式，如：
）；向心力的方向时刻改变且时刻指向圆心。
实际上，向心力公式是牛顿第二定律在匀速圆周运动中的具体表现形式。
3.分类：
⑴匀速圆周运动
(1)定义：物体沿着圆周运动，并且线速度的大小处处相等，这种运动叫做匀速圆周运动。
(2)性质：向心加速度大小不变，方向总是指向圆心的变加速曲线运动。
(3)质点做匀速圆周运动的条件： 合力大小不变，方向始终与速度方向垂直且指向圆心。
例1：如图所示，已知绳长为L＝20 cm，水平杆长L′＝0.1 m，小球质量m＝0.3 kg，整个装置可绕竖直轴转动．(g取10 m/s2)
(1)要使绳子与竖直方向成45°角，该装置必须以多大的角速度转动才行？
(2)此时绳子的张力为多大？

2.如图所示，质量相等的小球A、B分别固定在轻杆的中点和端点，当杆在光滑的水平面上绕O匀速转动时，求OA和AB两段对小球的拉力之比是多少？

(2)．非匀速圆周运动
(1)定义：线速度大小、方向均发生变化的圆周运动。
(2)合力的作用：
①合力沿速度方向的分量Ft产生切向加速度，Ft＝mat，它只改变速度的大小。
②合力沿半径方向的分量Fn产生向心加速度，Fn＝man，它只改变速度的方向。
例．荡秋千是儿童喜爱的一项体育运动，当秋千荡到最高点时，小孩的加速度方向是图4－3－2中的(　　)

A．a方向 B．b方向
C．c方向 D．d方向

离心现象
1．离心运动
(1)定义：做圆周运动的物体，在所受合外力突然消失或不足以提供圆周运动所需向心力的情况下，所做的逐渐远离圆心的运动。
(2)本质：做圆周运动的物体，由于本身的惯性，总有沿着圆周切线方向飞出去的倾向。
(3)受力特点：
①当F＝mω2r时，物体做匀速圆周运动；
②当F＝0时，物体沿切线方向飞出；
③当F<mω2r时，物体逐渐远离圆心，做离心运动。

2．近心运动
当提供向心力的合外力大于做圆周运动所需向心力时，即F>mω2r，物体将逐渐靠近圆心，做近心运动。
例：如图4－3－16所示，光滑水平面上，小球m在拉力F作用下做匀速圆周运动。若小球运动到P点时，拉力F发生变化，关于小球运动情况的说法正确的是(　　)
A．若拉力突然消失，小于将沿轨迹Pa做离心运动
B．若拉力突然变小，小球将沿轨迹Pa做离心运动
C．若拉力突然变大，小球将沿轨迹Pb做离心运动
D．若拉力突然变小，小球将沿轨迹Pc运动

考点一传动装置问题
传动装置中各物理量间的关系
(1)同一转轴的各点角速度ω相同，而线速度v＝ωr与半径r成正比，向心加速度大小a＝rω2与半径r成正比。
(2)当皮带不打滑时，传动皮带、用皮带连接的两轮边缘上各点的线速度大小相等，两皮带轮上各点的角速度、向心加速度关系可根据ω＝、a＝确定。
考点二水平面内的匀速圆周运动

水平面内的匀速圆周运动的分析方法
(1)运动实例：圆锥摆、火车转弯、汽车转弯、物体随圆盘做匀速圆周飞行等。
(2)问题特点： ①运动轨迹是圆且在水平面内；
②向心力的方向水平，竖直方向的合力为零。
(3)解题方法： ①对研究对象受力分析，确定向心力的来源；
②确定圆周运动的圆心和半径；
③应用相关力学规律列方程求解。

1．(多选)“飞车走壁”是一种传统的杂技艺术，演员骑车在倾角很大的桶面上做圆周运动而不掉下来。如图4－3－8所示，已知桶壁的倾角为θ，车和人的总质量为m，做圆周运动的半径为r，若使演员骑车做圆周运动时不受桶壁的摩擦力，下列说法正确的是(　　)

A．人和车的速度为 B．人和车的速度为
C．桶面对车的弹力为 D．桶面对车的弹力为
2.(多选)公路急转弯处通常是交通事故多发地带。如图4－3－10，某公路急转弯处是一圆弧，当汽车行驶的速率为v0时，汽车恰好没有向公路内外两侧滑动的趋势。则在该弯道处(　　)

A．路面外侧高内侧低
B．车速只要低于v0，车辆便会向内侧滑动
C．车速虽然高于v0，但只要不超出某一最高限度，车辆便不会向外侧滑动
D．当路面结冰时，与未结冰时相比，v0的值变小
3.长度不同的两根细绳悬于同一点，另一端各系一个质量相同的小球，使它们在同一水平面内做圆锥摆运动，如图4－3－14所示，则有关两个圆锥摆的物理量相同的是(　　)

A．周期　　　　　　 B．线速度的大小
C．向心力 D．绳的拉力

4.图为火车在转弯时的受力分析图，试根据图示讨论以下问题：
(1)设斜面倾角为θ，转弯半径为R，当火车的速度v0为多大时铁轨和轮缘间没有弹力，向心力完全由重力与支持力的合力提供？
(2)当火车行驶速度v＞v0时，轮缘受哪个轨道的压力？当火车行驶速度v＜v0时呢？
5.在水平圆盘上分别放甲、乙、丙三个质量分别为m、2m、3m的物体，其轨道半径分别为r、2r、3r(如图所示)，三个物体的最大静摩擦力皆为所受重力的k倍，当圆盘转动的角速度由小缓慢增大，相对圆盘首先滑动的是(　　)
A．甲物体 B．乙物体
C．丙物体 D．三个物体同时滑动

考点三竖直平面内的圆周运动
物体在竖直面内做的圆周运动是一种典型的变速曲线运动，该类运动常见的两种模型——轻绳模型和轻杆模型，分析比较如下：

轻绳模型
轻杆模型
拱桥模型
常见类型

均是没有支撑的小球

均是有支撑的小球

向心力

过最高点的临界条件
由mg＝m得v临＝
v临＝0

讨论分析
(1)过最高点时，v≥，FN＋mg＝m，绳、轨道对球产生弹力FN
(2)不能过最高点v＜，在到达最高点前小球已经脱离了圆轨道
(1)当v＝0时，FN＝mg，FN为支持力，沿半径背离圆心
(2)当0＜v＜时，－FN＋mg＝m，FN背向圆心，随v的增大而减小
(3)当v＝时，FN＝0
(4)当v＞时，FN＋mg＝m，FN指向圆心并随v的增大而增大
v≥飞离轨道
轨道支持

求解竖直平面内圆周运动问题的思路

1.(多选)荡秋千是儿童喜爱的一项体育运动，图4－3－15为小孩荡秋千运动到最高点的示意图，(不计空气阻力)下列说法正确的是(　　)

A．小孩运动到最高点时，小孩的合力为零
B．小孩从最高点运动到最低点过程中机械能守恒
C．小孩运动到最低点时处于失重状态
D．小孩运动到最低点时，小孩的重力和绳子拉力提供圆周运动的向心力
2．秋千的吊绳有些磨损，在摆动过程中，吊绳最容易断裂的时候是秋千(　　)
A．在下摆过程中　　　　　 B．在上摆过程中
C．摆到最高点时 D．摆到最低点时
4．如图4－3－17所示，地球可以看成一个巨大的拱形桥，桥面半径R＝6 400 km，地面上行驶的汽车重力G＝3×104N，在汽车的速度可以达到需要的任意值，且汽车不离开地面的前提下，下列分析中正确的是(　　)
A．汽车的速度越大，则汽车对地面的压力也越大
B．不论汽车的行驶速度如何，驾驶员对座椅压力大小都等于3×104N
C．不论汽车的行驶速度如何，驾驶员对座椅压力大小都小于他自身的重力
D．如果某时刻速度增大到使汽车对地面压力为零，则此时驾驶员会有超重的感觉

5.一细绳与水桶相连，水桶中装有水，水桶与水一起在竖直平面内做圆周运动，如图所示，水的质量m＝0.5 kg，水的重心到转轴的距离l＝60 cm.(g取9.8 m/s2)
(1)若在最高点水不流出来，求桶的最小速率；
(2)若在最高点时水桶的速率v＝3 m/s，求水对桶底的压力．

6.长L＝0.5 m的轻杆，其一端连接着一个零件A，A的质量m＝2 kg.现让A在竖直平面内绕O点做匀速圆周运动，如图所示．在A通过最高点时，求下列两种情况下A对杆的作用力大小：
(1)A的速率为1 m/s；
(2)A的速率为4 m/s.(g取10 m/s2)

7.如图所示，质量m＝2.0×104 kg的汽车以不变的速率先后驶过凹形桥面和凸形桥面，两桥面的圆弧半径均为20 m．如果桥面承受的压力不得超过3.0×105 N，则：
(1)汽车允许的最大速度是多少？
(2)若以所求速度行驶，汽车对桥面的最小压力是多少？(g取10 m/s2)

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