第六章 专题3 水平圆周运动和竖直圆周运动-【精彩三年】2020-2021学年高中新教材物理必修第二册课程探究与巩固配套PPT（人教版 浙江专版）

杭州良品图书有限公司 精彩三年课程探究与巩固 物理 必修第二册 专题3　水平圆周运动和竖直圆周运动 * 【思辨】 判断题(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)翻滚过山车属于轻绳模型。(　　) (2)飞车走壁属于轻杆模型。(　　) (3)水流星属于轻绳模型。(　　) √ × √ 例1 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OO′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．a、b 所受的摩擦力始终相等 B．a一定比b先开始滑动 C C．ω＝是 b 开始滑动的临界角速度 D．当 ω＝时，a 所受摩擦力的大小为kmg 【解析】 木块随圆盘一起转动，木块受的静摩擦力提供向心力，Ff＝mω2r，由于m、ω相等，则Ff∝r，所以b所受的静摩擦力大于a所受的静摩擦力，A错误；当圆盘的角速度增大时，b的静摩擦力先达到最大值，所以b一定比a先开始滑动，B错误；当b刚要滑动时，kmg＝mω2·2l，解得临界角速度ω＝，故C正确；当a刚要滑动时，根据kmg＝mω·l，解得a的临界角速度ωa＝>ω＝，故当ω＝时，a不滑动，a受静摩擦力Ff＝mω2l＝kmg，故D错误。 (多选)如图所示，A、B、C三个物体放在旋转圆台上，动摩擦因数均为μ，A、C的质量为m1，B的质量为m2，且3m1＝2m2，A、B到转轴的距离为 R，C到转轴的距离为1.5R，则当圆台旋转时(设A、B、C都没有滑动) (　 　) A．当圆台转速增大时，C将最先滑动 B．当圆台转速增大时，A比B先滑动 C．A的静摩擦力最小 D．C的向心加速度最大 ACD 【解析】 A、B、C三个物体在同一圆台上做匀速圆周运动，角速度相等，静摩擦力提供向心力，由μmg＝mω2r，得ω＝，A、B的临界角速度为ωA＝ωB＝，C的临界角速度为ωC＝，则当圆台转速增大时，C将最先滑动，故A正确，B错误；静摩擦力提供向心力，Ff＝mω2r，且3m1＝2m2，可知A的静摩擦力最小，故C正确；由an＝ω2r，角速度相等，C的转动半径最大，故其加速度最大，故D正确。 1．“杆”球连接在竖直面内做圆周运动，小球刚好到达最高点时的临界速 度为零。 2．“绳”球连接在竖直面内做圆周运动，小球刚好到达最高点时的临界速 度为 。 3．竖直平面内圆周运动的求解思路 例2 (多选)如图所示，用长为L的细绳拴着质量为m的 小球在竖直平面内做圆周运动，则下列说法正确的是 (　 　) A．小球在圆周最高点时所受向心力一定为重力 B．小球在圆周最高点时绳子的拉力可能为零 C．若小球刚好能在竖直面内做圆周运动，则其在最高点的速率是 D．小球在圆周最低点时拉力一定等于重力 BC 【解析】 若速度足够大，则小球在最高点的向心力由重力和绳子的拉力的合力提供，A错误；小球刚好通过最高点时，绳子的拉力恰好为零，靠重力提供向心力，mg＝m，解得：v＝，B、C正确；小球在圆周最低点时，F－mg＝m，则绳子的拉力一定大于重力，D错误。 (多选)如图所示，质量为m的小球在竖直平面内的光滑圆环轨道上做圆周运动，圆环半径为R，小球经过圆环最高点时刚好不脱离圆环，则其通过最高点时(　 　) A．小球对圆环的压力大小等于mg B．小球受到的向心力等于0 C．小球的线速度大小等于 D．小球的向心加速度大小等于g CD 【解析】 因为小球刚好在最高点不脱离圆环，则轨道对球的弹力为零，所以小球对圆环的压力为零，故A错误；对小球在最高点，根据牛顿第二定律得，mg＝m＝ma，知向心力不为零，线速度v＝，向心加速度a＝g，故B错误，C、D正确。 例3 (多选)如图所示，长0.5 m的轻质细杆，一端固定有一个质量为3 kg的小球，另一端由电动机带动，使杆绕O点在竖直平面内做匀速圆周运动，小球的速率为2 m/s。g取10 m/s2，下列说法正确的是(　 　) A．小球通过最高点时，对杆的拉力大小是24 N B．小球通过最高点时，对杆的压力大小是6 N C．小球通过最低点时，对杆的拉力大小是24 N D．小球通过最低点时，对杆的拉力大小是54 N BD 【解析】 假设球在最高点受杆的拉力，对球FN＋mg＝m，代入数据得FN＝－6 N，则假设错误，杆对球为支持力，大小为6 N，所以小球对杆表现为压力，大小为6 N，A错误，B正确；在最低点杆对球为拉力，对球有F－mg＝m，代入数据得F＝54 N，C错误，D正确。 一轻杆的一端固定一个质量为 M 的小球，另一端连在轴上，并可绕轴在竖直