专题04 圆周运动在水平面和竖直面内运动（3大知识点+9大题型）--2023～2024学年高一下物理周末专题（人教版2019）.zip

专题04 圆周运动在水平面和竖直面内的运动 目录 知识点1：圆周运动实例分析 2 知识点2：水平面内圆周运动问题的临界问题 2 知识点3：竖直面内的圆周运动 3 题型01：竖直平面内的轻绳模型的圆周运动 4 题型02：竖直平面内的轻杆模型的圆周运动 5 题型03：拱桥和凹桥模型 6 题型04：光滑斜面上的圆周运动 8 题型05：圆锥摆问题 9 题型06：汽车和自行车在水平面的转弯问题 10 题型07：火车和飞机倾斜转弯问题 11 题型08：水平转盘上的物体的圆周运动 12 题型09有摩擦的倾斜转盘上的圆周运动 13 知识点1：圆周运动实例分析 1. 火车转弯问题 在转弯处，若向心力完全由重力G和支持力的合力来提供，则铁轨不受轮缘的挤压，此时行车最安全。R为转弯半径，为斜面的倾角， ， 所以。 （1） 当时，即，重力与支持力的合力不足以提供向心力，则外轨对轮缘有侧向压力。 （2） 当时，即，重力与支持力的合力大于所需向心力，则内轨对轮缘有侧向压力。 （3） 当时，，火车转弯时不受内、外轨对轮缘的侧向压力，火车行驶最安全。 2. 汽车过拱桥 　　如汽车过拱桥桥顶时向心力完全由重力提供（支持力为零），则据向心力公式得： （R为圆周半径），故汽车是否受拱桥桥顶作用力的临界条件为：，此时汽车与拱桥桥顶无作用力。 3. 航天器中的失重现象 　　航天员在航天器中绕地球做匀速圆周运动时，航天员只受地球引力，座舱对航天员的支持力为零，航天员处于完全失重状态。引力提供了绕地球做匀速圆周运动所需的向心力。 4. 离心运动 做圆周运动的物体，当提供的向心力等于做圆周运动所需要的向心力时，沿圆周运动。 当提供的向心力小于做圆周运动所需要的向心力时，物体沿切线与圆周之间的一条曲线运动。当产生向心力的合外力消失，F=0，物体便沿所在位置的切线方向飞出去。 知识点2：水平面内圆周运动问题的临界问题 1．与摩擦力有关的临界极值问题 物体间恰好不发生相对滑动的临界条件是物体间恰好达到最大静摩擦力． （1）如果只是摩擦力提供向心力，则最大静摩擦力Fm＝，静摩擦力的方向一定指向圆心． （2）如果除摩擦力以外还有其他力，如绳两端连接物体随水平面转动，其中一个物体存在一个恰不向内滑动的临界条件和一个恰不向外滑动的临界条件，分别为静摩擦力达到最大且静摩擦力的方向沿半径背离圆心和沿半径指向圆心． 2．与弹力有关的临界极值问题 （1）压力、支持力的临界条件是物体间的弹力恰好为零． （2）绳上拉力的临界条件是绳恰好拉直且其上无弹力或绳上拉力恰好为最大承受力． 常见 情境 （1）水平转盘上的物体恰好不发生相对滑动的临界条件：物体与转盘之间恰好达到最大静摩擦力。 （2）绳的拉力出现临界条件：绳恰好拉直（此时绳上无弹力）或绳上拉力恰好为最大承受力等。 （3）物体间恰好分离的临界条件：物体间的弹力恰好为零 解题 思路 （1）若题目中有“刚好”“恰好”“正好”等关键词，表明题述的过程存在临界状态。 （2）若题目中有“最大”“最小”“至多”“至少”等关键词，表明题述的过程存在着极值，这个极值点也往往是临界状态。 （3）当确定了物体运动的临界状态或极值条件后，要分别针对不同的运动过程或现象，选择相对应的物理规律，然后再列方程求解 知识点3：竖直面内的圆周运动 1．竖直面内圆周运动两类模型 一是无支撑(如球与绳连接、沿内轨道运动的过山车等)，称为“绳(环)约束模型”，二是有支撑(如球与杆连接、在弯管内的运动等)，称为“杆(管)约束模型”． 2．竖直平面内圆周运动的两种模型特点及求解方法 轻绳模型 轻杆模型 实例 如球与绳连接、沿内轨道运动的球等 如球与杆连接、球在内壁光滑的圆管内运动等 图示 最高点无支撑 最高点有支撑 最 高 点 受力特征 重力、弹力，弹力方向向下或等于零 重力、弹力，弹力方向向下、等于零或向上 受力示意图 力学特征 mg＋FN＝m mg±FN＝m 临界特征 FN＝0，vmin＝ 竖直向上的FN＝mg，v＝0 过最高点条件 v≥ v≥0 速度和弹力关系讨论分析 ①能过最高点时，v≥，FN＋mg＝m，绳、轨道对球产生弹力FN ②不能过最高点时，v<，在到达最高点前小球已经脱离了圆轨道做斜抛运动 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背离圆心，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 题型01：竖直平面内的轻绳模型的圆周运动 1．2021年9月28日，第十八届中国吴桥国际杂技艺术节在石家庄开幕．传统杂技表演中有一个节目叫做“水流星”，看得观众眼花缭乱，节目表演时，