曲线运动知识点总结(教师版).wps资料文档下载
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某点瞬时速度方向就是通过这一点的曲线的切线方向。
运动类型:
变速运动(速度方向不断变化)。
F合0,一定有加速度a。
F合方向一定指向曲线凹侧。
F合可以分解成水平和竖直的两个力。
4.运动描述蜡块运动4.运动描述蜡块运动5匀变速运动:
5匀变速运动:
加速度(大小和方向)不变的运动。
也可以说是:
合外力不变的运动。
3vv水v船船vdtmin,sindx水船vvtand6曲线运动的合力、轨迹、速度之间的关系6曲线运动的合力、轨迹、速度之间的关系
(1)轨迹特点:
轨迹在速度方向和合力方向之间,且向合力方向一侧弯曲。
(2)合力的效果:
合力沿切线方向切线方向的分力F2改变速度的大小速度的大小,沿径向的分力径向的分力F1改变速度的方向方向。
当合力方向与速度方向的夹角为锐角锐角时,物体的速率将增大增大。
当合力方向与速度方向的夹角为钝角钝角时,物体的速率将减小减小。
当合力方向与速度方向垂直垂直时,物体的速率不变不变。
(举例:
匀速圆周运动)二、运动的合成与分解1.合运动与分运动的关系:
合运动与分运动的关系:
等时性、独立性、等效性、矢量性。
2.互成角度的两个分运动的合运动的判断:
两个匀速直线运动的合运动仍然是匀速直线运动。
速度方向不在同一直线上的两个分运动,一个是匀速直线运动,一个是匀变速直线运动,其合运动是匀变速曲线曲线运动,a合为分运动的加速度。
两初速度为0的匀加速直线运动的合运动仍然是匀加速直线运动。
两个初速度不为0的匀加速直线运动的合运动可能是直线运动也可能是曲线运动。
当两个分运动的初速度的和速度方向与这两个分运动的和加速度在同一直线上时,合运动是匀变速直线运动,否则即为曲线运动。
三、有关“曲线运动”的两大题型
(一)小船过河问题
(一)小船过河问题模型一:
模型一:
过河时间t最短:
模型二:
直接位移x最短:
模型三:
间接位移x最短:
dvv水v船当v水v船时,xmin=d,sin船vdt,船水vvcos4触类旁通触类旁通1如图所示,人沿平直的河岸以速度v行走,且通过不可伸长的绳拖船,船沿绳的方向行进此过程中绳始终与水面平行,当绳与河岸的夹角为时,船的速率为()。
sin.vAsin.vBcos.vCcos.vD解析:
解析:
依题意,船沿着绳子的方向前进,即船的速度总是沿着绳子的,根据绳子两端连接的物体在绳子方向上的投影速度相同,可知人的速度v在绳子方向上的分量等于船速,故v船vcos,C正确2如图所示,甲、乙两同学从河中O点出发,分别沿直线游到A点和B点后,立即沿原路线返回到O点,OA、OB分别与水流方向平行和垂直,且OAOB.若水流速度不变,两人在静水中游速相等,则他们所用时间t甲、t乙的大小关系为()At甲t乙D无法确定解析:
设游速为v,水速为v0,OAOBl,则t甲lvv0lvv0;
乙沿OB运动,乙的速度矢量图如图4所示,合速度必须沿OB方向,则t乙2lv2v20,联立解得t甲t乙,C正确
(二)绳杆问题(连带运动问题)
(二)绳杆问题(连带运动问题)1、实质:
合运动的识别与合运动的分解。
2、关键:
物体的实际运动是合速度,分速度的方向要按实际运动效果确定;
沿绳(或杆)方向的分速度大小相等。
模型四:
如图甲,绳子一头连着物体B,一头拉小船A,这时船的运动方向不沿绳子。
BOOAvAv1v2vA甲乙Av水v船当v水v船时,Lvvdx船水cosmin,sin船vdt,水船vvcossin)cos-(min船船水vLvvsv船d5处理方法:
处理方法:
如图乙,把小船的速度vA沿绳方向和垂直于绳的方向分解为v1和v2,v1就是拉绳的速度,vA就是小船的实际速度。
触类旁通触类旁通如图,在水平地面上做匀速直线运动的汽车,通过定滑轮用绳子吊起一个物体,若汽车和被吊物体在同一时刻的速度分别为v1和v2,则下列说法正确的是()A物体做匀速运动,且v2v1B物体做加速运动,且v2v1C物体做加速运动,且v2v1D物体做减速运动,且v2r,联立式解得r4743gv20.圆周运动&
向心力&
生活中常见圆周运动圆周运动&
生活中常见圆周运动一、匀速圆周运动1.定义:
物体的运动轨迹是圆的运动叫做圆周运动,物体运动的线速度大小不变的圆周运动即为匀速圆周运动。
2.特点:
轨迹是圆;
线速度、加速度均大小不变,方向不断改变,故属于加速度改变的变速曲线运动,匀速圆周运动的角速度恒定;
匀速圆周运动发生条件是质点受到大小不变、方向始终与速度方向垂直的合外力;
匀速圆周运动的运动状态周而复始地出现,匀速圆周运动具有周期性。
3.描述圆周运动的物理量:
线速度:
质点通过的圆弧长跟所用时间的比值。
单位:
米/秒,m/s线速度v线速度v是描述质点沿圆周运动快慢的物理量,是矢量;
其方向沿轨迹切线,匀速圆周运动中,v的大小不变,方向却一直在变;
角速度:
质点所在的半径转过的角度跟所用时间的比值。
弧度/秒,rad/s角速度角速度是描述质点绕圆心转动快慢的物理量,是矢量;
周期:
物体做匀速圆周运动一周所用的时间。
222svrrfrnrtT222fntT9单位:
秒,s频率:
单位时间内完成圆周运动的圈数。
赫兹,Hz转速:
单位时间内转过的圈数。
转/秒,r/s(条件是转速n的单位必须为转转/秒秒)向心加速度:
向心力:
4.各运动参量之间的转换关系:
.2,2222RvTnTRvnRRTRv变形5.三种常见的转动装置及其特点:
5.三种常见的转动装置及其特点:
共轴传动模型二:
模型二:
皮带传动模型三:
齿轮传动(角速度相等)(轮缘上线速度大小相等)(转动方向相反)触类旁通1、一个内壁光滑的圆锥形筒的轴线垂直于水平面,圆锥筒固定,有质量相同的小球A和B沿着筒的内壁在水平面内做匀速圆周运动,如图所示,A的运动半径较大,则()AA球的角速度必小于B球的角速度BA球的线速度必小于B球的线速度CA球的运动周期必大于B球的运动周期DA球对筒壁的压力必大于B球对筒壁的压力解析:
小球A、B的运动状态即运动条件均相同,属于三种模型中的皮带传送。
则可以知道,两22rTv1fTNntnf22222()
(2)varvrfrrT22222()
(2)vFmammrmvmrmfrrTrROBABABABATTrRvv,ABOrROrRTTRrvvABABBA,ABr2r1ABBABAnnrrTTvv2121,10个小球的线速度v相同,B错;
因为RARB,则AB,TATB,A.C正确;
又因为两小球各方面条件均相同,所以,两小球对筒壁的压力相同,D错。
所以A、C正确。
2、两个大轮半径相等的皮带轮的结构如图所示,AB两点的半径之比为2:
1,CD两点的半径之比也为2:
1,则ABCD四点的角速度之比为1122,这四点的线速度之比为2142。
二、向心加速度1.定义:
任何做匀速圆周运动的物体的加速度都指向圆心,这个加速度叫向心加速度。
注:
并不是任何情况下,向心加速度的方向都是指向圆心。
当物体做变速圆周运动时,向心加速度的一个分加速度指向圆心。
2.方向:
在匀速圆周运动中,始终指向圆心,始终与线速度的方向垂直。
向心加速度只改变线速度的方向而非大小。
3.意义:
描述圆周运动速度方向方向改变快慢的物理量。
4.公式:
.)2(22222rnrTvrrvan5.两个函数图像:
5.两个函数图像:
触类旁通1、如图所示的吊臂上有一个可以沿水平方向运动的小车A,小车下装有吊着物体B的吊钩。
在小车A与物体B以相同的水平速度沿吊臂方向匀速运动的同时,吊钩将物体B向上吊起。
A、B之间的距离以d=H2t2(SI)(SI表示国际单位制,式中H为吊臂离地面的高度)规律变化。
对于地面的人来说,则物体做(AC)速度大小不变的曲线运动速度大小增加的曲线运动加速度大小方向均不变的曲线运动加速度大小方向均变化的曲线运动2、如图所示,位于竖直平面上的圆弧轨道光滑,半径为R,OB沿竖直方向,上端A距地面高度为H,质量为m的小球从A点由静止释放,到达B点时的速度为,最后落在地面上C点处,不计空气阻力,求:
(1)小球刚运动到B点时的加速度为多大,对轨道的压力多大;
(2)小球落地点C与B点水平距离为多少。
OOananrrv一定一定AB11三、向心力1.定义:
做圆周运动的物体所受到的沿着半径指向圆心的合力,叫做向心力。
总是指向圆心。
3.公式:
.)2(22222rnmrTmmvrmrvmFn4.几个注意点:
4.几个注意点:
向心力的方向总是指向圆心,它的方向时刻在变化,虽然它的大小不变,但是向心力也是变力。
在受力分析时,只分析性质力,而不分析效果力,因此在受力分析是,不要加上向心力。
描述做匀速圆周运动的物体时,不能说该物体受向心力,而是说该物体受到什么力,这几个力的合力充当或提供向心力。
四、变速圆周运动的处理方法1.特点:
1.特点:
线速度、向心力、向心加速度的大小和方向均变化。
2.动力学方程:
合外力沿法线方向的分力提供向心力:
rmrvmFn22。
合外力沿切线方向的分力产生切线加速度:
FT=maT。
3.离心运动:
(1)当物体实际受到的沿半径方向的合力满足F供=F需=m2r时,物体做圆周运动;
当F供F需=m2r时,物体做离心运动。
(2)离心运动并不是受“离心力”的作用产生的运动,而是惯性的表现,是F供gR小球固定在轻杆的一端在竖直平面内转动杆对球可以是拉力也可以是支持力若F0,则mgmv2R,vgR若F向下,则mgFmv2R,vgR若F向上,则mgFmv2R或mgF0,则0vgR12小球在竖直细管内转动管对球的弹力FN可以向上也可以向下依据mgmv20R判断,若vv0,FN0;
若vv0,FN向下球壳外的小球在最高点时弹力FN的方向向上如果刚好能通过球壳的最高点A,则vA0,FNmg如果到达某点后离开球壳面,该点处小球受到壳面的弹力FN0,之后改做斜抛运动,若在最高点离开则为平抛运动六、有关生活中常见圆周运动的涉及的几大题型分析
(一)解题步骤:
(一)解题步骤:
明确研究对象;
定圆心找半径;
对研究对象进行受力分析;
对外力进行正交分解;
列方程:
将与和物体在同一圆周运动平面上的力或其分力代数运算后,另得数等于向心力;
解方程并对结果进行必要的讨论。
(二)典型模型:
I、圆周运动中的动力学问题谈一谈:
谈一谈:
圆周运动问题属于一般的动力学问题,无非是由物体的受力情况确定物体的运动情况,或者由物体的运动情况求解物体的受力情况。
解题思路就是,以加速度为纽带,运用那个牛顿第二定律和运动学公式列方程,求解并讨论。
火车转弯问题:
汽车过拱桥问题:
FNF合mghLa、涉及公式:
a、涉及公式:
LhmgmgFsinmgtan合RvmF20合,由得:
LRghv0。
b、分析:
设转弯时火车的行驶速度为v,则:
(1)若vv0,外轨道对火车轮缘有挤压作用;
(2)若vv0,内轨道对火车轮缘有挤压作用。
RvmFmgN2,所以当mgRvmmgFN2,此时汽车处于失重状态,而且v越大越明显,因此汽车过拱桥时不宜告诉行驶。
当gRvRvmmgFN2:
(1)gRv,汽车对桥面的压力为0,汽车出于完全失重状态;
(2)gRv0,汽车对桥面的压力为mgFN0。
(3)gRv,汽车将脱离桥面,出现飞车现象。
c、注意:
同样,当汽车过凹形桥底端时满足RvmmgFN2,汽车对桥面的压力将大于汽车重力,汽车处于超重状态,若车速过大,容易出现爆胎现象,即也不宜高速行驶。
13触类旁通1、铁路在弯道处的内外轨道高度是不同的,已知内外轨道平面与水平面的倾角为,如图所示,弯道处的圆弧半径为R,若质量为m的火车转弯时速度小于gRtan,则(A)A内轨对内侧车轮轮缘有挤压B外轨对外侧车轮轮缘有挤压C这时铁轨对火车的支持力等于mgcosD这时铁轨对火车的支持力大于mgcos解析:
当内外轨对轮缘没有挤压时,物体受重力和支持力的合力提供向心力,此时速度为gRtan。
2、如图所示,质量为m的物体从半径为R的半球形碗边向碗底滑动,滑倒最低点时的速度为v。
若物体滑倒最低点时受到的摩擦力是f,则物体与碗的动摩擦因数为()。
A、mgfB、2mvmgRfRC、2mvmgRfRD、2mvfR解析:
设在最低点时,碗对物体的支持力为F,则RvmmamgF2,解得RvmmgF2,由f=F解得Rvmmgf2,化简得2mvmgRfR,所以B正确。
II、圆周运动的临界问题A.常见竖直平面内圆周运动的最高点的临界问题A.常见竖直平面内圆周运动的最高点的临界问题谈一谈:
竖直平面内的圆周运动是典型的变速圆周运动。
对于物体在竖直平面内做变速圆周运动的问题,中学物理只研究问题通过最高点和最低点的情况,并且经常出现有关最高点的临界问题。
轻绳约束、单轨约束条件下,小球过圆周最高点:
注意:
绳对小球只能产生沿绳收缩方向的拉力.)
(1)临界条件:
小球到达最高点时,绳子的拉力或单轨的弹力刚好等于0,小球的重力提供向心力。
即:
gR2临界临界vRvmmg。
(2)小球能过最高点的条件:
时当gR.gRvv,绳对球产生向下的拉力或轨道对球产生向下的压力。
(3)小球不能过最高点的条件:
gRv(实际上球还没到最高点时就脱离了轨道)。
vvvO绳OR14模型四:
轻杆约束、双轨约束条件下,小球过圆周最高点:
模型五:
小物体在竖直半圆面的外轨道做圆周运动:
触类旁通1、如图所示,质量为0.5kg的小杯里盛有1kg的水,用绳子系住小杯在竖直平面内做“水流星”表演,转动半径为1m,小杯通过最高点的速度为4m/s,g取10m/s2,求:
(1)在最高点时,绳的拉力?
(2)在最高点时水对小杯底的压力?
(1)临界条件:
由于轻杆和双轨的支撑作用,小球恰能到达最高点的临街速度.0临界v
(2)如图甲所示的小球过最高点时,轻杆对小球的弹力情况:
当v=0时,轻杆对小球有竖直向上的支持力FN,其大小等于小球的重力,即FN=mg;
当gR0v时,轻杆对小球的支持力的方向竖直向上,大小随小球速度的增大而减小,其取值范围是gFNm0;
杆Ov甲甲v乙乙当gRv时,FN=0;
当gRv时,轻杆对小球有指向圆心的拉力,其大小随速度的增大而增大。
(3)如图乙所示的小球过最高点时,光滑双轨对小球的弹力情况:
当v=0时,轨道的内壁下侧对小球有竖直向上的支持力FN,其大小等于小球的重力,即FN=mg;
当gR0v时,轨道的内壁下侧对小球仍有竖直向上的支持力FN,大小随小球速度的增大而减小,其取值范围是gFNm0;
当gRv时,FN=0;
当gRv时,轨道的内壁上侧对小球有竖直向下指向圆心的弹力,其大小随速度的增大而增大。
两种情况:
(1)若使物体能从最高点沿轨道外侧下滑,物体在最高点的速度v的限制条件是.gRv
(2)若gRv,物体将从最高电起,脱离圆轨道做平抛运动。
15baOQPMOLAF(3)为使小杯经过最高点时水不流出,在最高点时最小速率是多少?
答案:
(1)9N,方向竖直向下;
(2)6N,方向竖直向上;
(3)m/s=3.16m/s2、如图所示,细杆的一端与一小球相连,可绕过O点的水平轴自由转动,现给小球一初速度,使其做圆周运动,图中a、b分别表示小球轨道的最低点和最高点,则杆对球的作用力可能是(AB)Aa处为拉力,b处为拉力Ba处为拉力,b处为推力Ca处为推力,b处为拉力Da处为推力,b处为推力3、如图所示,LMPQ是光滑轨道,LM水平,长为5m,MPQ是一半径R=1.6m的半圆,QOM在同一竖直面上,在恒力F作用下,质量m=1kg的物体A从L点由静止开始运动,当达到M时立即停止用力,欲使A刚好能通过Q点,则力F大小为多少?
(取g=10m/s2)解析:
物体A经过Q时,其受力情况如图所示:
由牛顿第二定律得:
RvmFmgN2物体A刚好过A时有FN=0;
解得smgRv/4,对物体从L到Q全过程,由动能定理得:
2212mvmgRLMF,解得F=8N。
B.物体在水平面内做圆周运动的临界问题B.物体在水平面内做圆周运动的临界问题谈一谈:
在水平面内做圆周运动的物体,当角速度变化时,物体有远离或向着圆心运动(半径变化)的趋势。
这时要根据物体的受力情况判断物体所受的某个力是否存在以及这个力存在时方向如何(特别是一些接触力,如静摩擦力、绳的拉力等)。
模型六:
转盘问题【综合应用】1、如图所示,按顺时针方向在竖直平面内做匀速转动的轮子其边缘上有一点A,当A通过与处理方法:
先对A进行受力分析,如图所示,注意在分析时不能忽略摩擦力,当然,如果说明盘面为光滑平面,摩擦力就可以忽略了。
受力分析完成后,可以发现支持力N与mg相互抵销,则只有f充当该物体的向心力,则有先对A进行受力分析,如图所示,注意在分析时不能忽略摩擦力,当然,如果说明盘面为光滑平面,摩擦力就可以忽略了。
受力分析完成后,可以发现支持力N与mg相互抵销,则只有f充当该物体的向心力,则有mgfRnmRTmRmRvmF2222)2()2(,接着可以求的所需的圆周运动参数等。
,接着可以求的所需的圆周运动参数等。
等效处理:
O可以看作一只手或一个固定转动点,B绕着O经长为R的轻绳或轻杆的牵引做着圆周运动。
还是先对B进行受力分析,发现,上图的f在此图中可等效为绳或杆对小球的拉力,则将f改为FO可以看作一只手或一个固定转动点,B绕着O经长为R的轻绳或轻杆的牵引做着圆周运动。
还是先对B进行受力分析,发现,上图的f在此图中可等效为绳或杆对小球的拉力,则将f改为F拉拉即可,根据题意求出F即可,根据题意求出F拉,拉,带入公式带入公式拉FRnmRTmRmRvmF2222)2()2(,即可求的所需参量。
,即可求的所需参量。
OANmgf等效为等效为OBRQPMmgFNO16圆心等高的a处时,有一质点B从圆心O处开始做自由落体运动已知轮子的半径为R,求:
(1)轮子的角速度满足什么条件时,点A才能与质点B相遇?
(2)轮子的角速度满足什么条件时,点A与质点B的速度才有可能在某时刻相同?
(1)点A只能与质点B在d处相遇,即轮子的最低处,则点A从a处转到d处所转过的角度应为2n32,其中n为自然数由h12gt2知,质点B从O点落到d处所用的时间为t2Rg,则轮子的角速度应满足条件t(2n32)g2R,其中n为自然数
(2)点A与质点B的速度相同时,点A的速度方向必然向下,因此速度相同时,点A必然运动到了c处,则点A运动到c处时所转过的角度应为2n,其中n为自然数转过的时间为)12(nt此时质点B的速度为vBgt,又因为轮子做匀速转动,所以点A的速度为vAR由vAvB得,轮子的角速度应满足条件Rgn)12(,其中n为自然数2、某校物理兴趣小组决定举行遥控赛车比赛比赛路径如下图所示,赛车从起点A出发,沿水平直线轨道运动L后,由B点进入半径为R的光滑竖直圆轨道,离开竖直圆轨道后继续在光滑平直轨道上运动到C点,并能越过壕沟已知赛车质量m0.1kg,通电后以额定功率P1.5W工作,进入竖直轨道前受到的阻力恒为0.3N,随后在运动中受到的阻力均可不记图中L10.00m,R0.32m,h1.25m,x1.50m问:
要使赛车完成比赛,电动机至少工作多长时间?
(取g10m/s2)解析:
设赛车越过壕沟需要的最小速度为v1,由平抛运动的规律xv1t,h12gt2,解得:
v1xR2h3m/s设赛车恰好越过圆轨道,对应圆轨道最高点的速度为v2,最低点的速度为v3,由牛顿第二定律及机械能守恒定律得mgmv22R,12mv2312mv22mg(2R)解得v35gh4m/s通过分析比较,赛车要完成比赛,在进入圆轨道前的速度最小应该是vmin4m/s设电动机工作时间至少为t,根据功能关系PtFfL12mv2min,由此可得t2.53s.3、如下图所示,让摆球从图中A位置由静止开始下摆,正好到最低点B位置时线被拉断设摆线长为L1.6m,摆球的质量为0.5kg,摆线的最大拉力为10N,悬点与地面的竖直高度为H=4m,不计空气阻力,g取10m/s2。
求:
17
(1)摆球着地时的速度大小
(2)D到C的距离。
(1)小球刚摆到B点时,由牛顿第二定律可知:
lvmmgFBm2,由并带入数据可解的:
smvB/4,小球离开B后,做平抛运动.竖直方向:
221gtlH,落地时竖直方向的速度:
gtvy落地时的速度大小:
22yBvvv,由得:
./8smv
(2)落地点D到C的距离.358mtvsB
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