第六章 章末素养提升（课件PPT+Word教案）【步步高】2024-2025学年高一物理必修第二册教师用书（人教版 苏京）

章末素养提升 物理 观念 线速度v 物体做圆周运动，在一段很短的时间Δt内，通过的弧长为Δs，则通常把Δs与Δt之比称为线速度 角速度ω 连接物体与圆心的半径转过的角Δθ与所用时间Δt之比叫作角速度 周期T 做匀速圆周运动的物体，运动一周所用的时间 频率f 做匀速圆周运动的物体每秒内完成的圆周运动的次数 转速n 物体转动的圈数与所用时间之比。n的单位为r/s 匀速圆周运动 物体沿着圆周运动，并且线速度的大小处处相等，这种运动叫作匀速圆周运动 向心力 定义 做匀速圆周运动的物体所受的合力总指向圆心，这个指向圆心的力叫作向心力 特点 (1)方向始终指向圆心且与速度方向垂直，是变力 (2)匀速圆周运动的物体，线速度大小不变，故向心力只改变线速度的方向 (3)向心力是根据力的作用效果命名的，它是由某个力或者几个力的合力提供的 向心加速度 定义 物体做匀速圆周运动时的加速度总指向圆心，这个加速度叫作向心加速度。用an表示 作用 改变速度的方向，不改变速度的大小 离心运动 定义 做圆周运动的物体沿切线方向飞出或做逐渐远离圆心的运动 科学 思维 极限思想 通过分析线速度、角速度与周期的关系，应用极限思想分析圆周运动的向心加速度等具体问题，发展学生的科学推理能力 构建模型 通过对物体做圆周运动的实际情境进行抽象、概括，形成质点在水平面和竖直平面内的圆周运动模型，以此来发展学生的模型建构能力 综合分析生产 生活中的圆周 运动 通过分析向心加速度与圆周运动的半径之间的关系、向心力来源等问题，发展学生的科学论证能力 通过讨论向心加速度与圆周运动半径的关系，以及汽车“飞离”地面的速度等具体问题，发展学生的质疑与创新能力 科学 探究 通过“体验向心力”和“影响向心力大小的因素”实验的探究，经历提出探究问题，进行基于证据的猜想与探究，能有序开展实验，记录数据，并分析与处理数据，总结归纳出实验结论，发现规律 科学 态度 与责任 1.体验生活中丰富的圆周运动情境，体验科学、技术、社会、环境的关系，进一步培养科学态度与责任 2.通过对复杂实际问题的探究，深化对运动和力的关系科学本质的认识 例1　(2023·南京市高一期中)下列四幅图是有关生活中的圆周运动的实例分析，其中说法正确的是(　　) A.汽车通过凹形桥的最低点时，速度越大越容易爆胎 B.铁路的转弯处，外轨比内轨高是为了利用轮缘与内轨的侧压力来帮助火车转弯 C.“水流星”表演中，在最高点处水对桶底一定有压力 D.洗衣机脱水桶的脱水原理是利用了失重现象 答案　A 解析　汽车通过凹形桥的最低点时，根据牛顿第二定律有FN-mg=m，速度越大，汽车轮胎所受地面支持力越大，越容易爆胎，故A正确；在铁路的转弯处，通常要求外轨比内轨高，目的是使火车自身重力与所受支持力的合力来提供转弯所需的向心力，减轻轮缘与轨道的挤压，故B错误；“水流星”表演中，当“水流星”通过最高点时，若满足mg=m，则此时水对桶底的作用力为零，故C错误；洗衣机脱水桶的脱水原理是利用了离心现象，故D错误。 例2　(2023·无锡市期末)某同学经过长时间的观察后发现，路面出现水坑的地方，如果不及时修补，水坑很快会变大，善于思考的他结合学过的物理知识，对这个现象提出了多种解释，则下列说法中不合理的解释是(　　) A.车辆上下颠簸过程中，某些时刻处于超重状态 B.把坑看作凹陷的弧形，车对坑底的压力比平路大 C.车辆的驱动轮出坑时，对地的摩擦力比平路大 D.坑洼路面与轮胎间的动摩擦因数比平直路面大 答案　D 解析　车辆上下颠簸过程中，在某些时刻加速度向上，则车辆处于超重状态，A正确，不符合题意；把坑看作凹陷的弧形，在坑底时根据牛顿第二定律有FN=m+mg，则根据牛顿第三定律，车对坑底的压力比平路大，B正确，不符合题意；车辆的驱动轮出坑时，对地的摩擦力比平路大，C正确，不符合题意；动摩擦因数由接触面的粗糙程度决定，而坑洼路面可能比平直路面更光滑，则动摩擦因数可能更小，D错误，符合题意。 例3　(2023·镇江市高一期中)如图所示，甲、乙两水平圆盘紧靠在一块，甲圆盘为主动轮，乙靠摩擦随甲转动且无相对滑动。甲圆盘与乙圆盘的半径之比为r甲∶r乙=3∶1，两圆盘和小物块m1、m2之间的动摩擦因数相同，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，m1距O点为2r，m2距O'点为r，当甲缓慢转动起来且转速慢慢增加时(　　) A.滑动前m1与m2线速度之比v1∶v2=3∶2 B.滑动前m1与m2的向心加速度之比a1∶a2=1∶3 C.m1先开始滑动 D.m2先开始滑动 答案　D 解析　甲、乙两圆盘边缘上的各点线速度大小相等，有ω1·3r=ω2·r，可得ω1∶ω2=1∶3，所以物块相对圆盘开始滑动前，m1与m2的线速度之比为v1∶v2=2rω1∶rω2=2∶3，故A错误；物块相对圆盘开始滑动前，根据a=ω2r得，m1与m2的向心加速度之比为a1∶a2=2r∶r=2∶9，故B错误；随着转速慢慢增加，静摩擦力提供向心力，当开始发生相对滑动时静摩擦力达到最大静摩擦力，对m1有μm1g=m1·2rω1'2，可得此时角速度ω1'=，此时m2的角速度ω2'=3ω1'=3，此时m2的向心力m2rω2'2=4.5μm2g，已经大于最大静摩擦力μm2g，即m2早于m1开始发生相对滑动，故C错误，D正确。 例4　如图所示是一种模拟旋转秋千的装置，整个装置可绕置于地面上的竖直轴Oa转动，已知与转轴固定连接的水平杆ab长s=0.1 m，连接小球的细绳长L= m，小球质量m=0.1 kg，整个装置绕竖直轴Oa做匀速圆周运动时，连接小球的细绳与竖直方向成37°角，小球到地面的高度h=0.8 m，重力加速度g=10 m/s2，不计空气阻力，已知sin 37°=0.6，cos 37°=0.8，求： (1)细绳对小球的拉力FT的大小； (2)该装置匀速转动的角速度； (3)若转动过程中，细绳突然断裂，小球落地时到转轴Oa的水平距离。 答案　(1)1.25 N　(2)5 rad/s　(3) m 解析　(1)小球竖直方向受力平衡，有FT= 解得FT=1.25 N (2)小球做水平面内的匀速圆周运动，合力提供向心力，可得mgtan 37°=mω2r 小球做圆周运动的半径r=s+Lsin 37° 联立解得ω=5 rad/s (3)细绳断裂时，小球的线速度大小为v=ωr=1.5 m/s 由h=gt2 解得t=0.4 s 小球平抛过程中，水平分位移为x=vt=0.6 m 根据几何关系可得小球落地时到转轴Oa的水平距离为d= 解得d= m。 例5　(2023·连云港市高一期中)很多青少年在山地自行车上安装了气门嘴灯，夜间骑车时犹如踏着风火轮，格外亮眼。如图甲是某种自行车气门嘴灯，气门嘴灯内部开关结构如图乙所示，弹簧一端固定，另一端与质量为m的小滑块(含触点a)连接，当触点a、b接触，电路接通使气门嘴灯发光，触点b位于车轮边缘。车轮静止且气门嘴灯在最低点时触点a、b距离为L，弹簧劲度系数为，g为重力加速度大小，自行车轮胎半径为R，不计开关中的一切摩擦，滑块和触点a、b均可视为质点。(L与R相比可以忽略) (1)若自行车匀速行驶过程中气门嘴灯每次到达车轮最低点时刚好发光，求自行车的速度大小； (2)若自行车匀速行驶过程中气门嘴灯可以一直发光，求自行车行驶的最小速度； (3)若自行车以的速度匀速行驶，求车轮每转一圈，气门嘴灯的发光时间。 答案　(1)　(2)　(3) 解析　(1)车轮静止且气门嘴灯在车轮最低点时，设弹簧的伸长量为L1，则根据平衡条件有 kL1=mg 解得L1=L 要使在最低点刚好发光，则弹簧的伸长量应为2L，有2kL-mg=m 解得v1= (2)只要气门嘴灯转到车轮最高点时，触点a、b能够接触即可保证全程气门嘴灯一直发光，气门嘴灯位于最高点时根据牛顿第二定律有 mg+2kL= 解得满足要求的最小速度为 v= (3)速度为时车轮滚动的周期为 T== 此速度下气门嘴灯所需的向心力为 m=2mg 此力恰好等于触点a、b接触时弹簧的弹力，即无重力参与向心力，对应与圆心等高的点，故当气门嘴灯位于下半圆周时灯亮，即 t==。 学科网（北京）股份有限公司 $ 章末素养提升 DILIUZHANG 第六章 1 再现 素养知识 物理 观念 线速度v 物体做圆周运动，在一段 的时间Δt内，通过的弧长为Δs，则通常把Δs与Δt 称为线速度 角速度ω 连接物体与圆心的半径转过的 与所用时间Δt_____叫作角速度 周期T 做匀速圆周运动的物体，运动 所用的_____ 频率f 做匀速圆周运动的物体 内完成的圆周运动的_____ 转速n 物体转动的圈数与所用时间 。n的单位为____ 匀速圆周运动 物体沿着圆周运动，并且 处处 ，这种运动叫作匀速圆周运动 很短 之比 角Δθ 之比 一周 时间 每秒 次数 之比 r/s 线速度的大小 相等 物理 观念 向心力 定义 做匀速圆周运动的物体所受的合力总 ，这个指向 的力叫作向心力 特点 (1)方向始终 且与速度方向 ，是 力 (2)匀速圆周运动的物体，线速度 不变，故向心力只改变线速度的_____ (3)向心力是根据力的 命名的，它是由_______或者 提供的 向心加速度 定义 物体做匀速圆周运动时的加速度总指向 ，这个加速度叫作向心加速度。用an表示 作用 改变速度的 ，不改变速度的_____ 离心运动 定义 做圆周运动的物体沿 方向飞出或做 圆心的运动 指向圆心 圆心 指向圆心 垂直 变 大小 方向 作用效果 某个力 几个力的合力 圆心 方向 大小 切线 逐渐远离 科学 思维 极限思想 通过分析线速度、角速度与周期的关系，应用极限思想分析圆周运动的向心加速度等具体问题，发展学生的科学推理能力 构建模型 通过对物体做圆周运动的实际情境进行抽象、概括，形成质点在水平面和竖直平面内的圆周运动模型，以此来发展学生的模型建构能力 综合分析生产 生活中的圆周 运动 通过分析向心加速度与圆周运动的半径之间的关系、向心力来源等问题，发展学生的科学论证能力 通过讨论向心加速度与圆周运动半径的关系，以及汽车 “飞离”地面的速度等具体问题，发展学生的质疑与创新能力 科学 探究 通过“体验向心力”和“影响向心力大小的因素”实验的探究，经历提出探究问题，进行基于证据的猜想与探究，能有序开展实验，记录数据，并分析与处理数据，总结归纳出实验结论，发现规律 科学态度 与责任 1.体验生活中丰富的圆周运动情境，体验科学、技术、社会、环境的关系，进一步培养科学态度与责任 2.通过对复杂实际问题的探究，深化对运动和力的关系科学本质的认识 　(2023·南京市高一期中)下列四幅图是有关生活中的圆周运动的实例分析，其中说法正确的是 A.汽车通过凹形桥的最低点时，速度越 　大越容易爆胎 B.铁路的转弯处，外轨比内轨高是为了 　利用轮缘与内轨的侧压力来帮助火车转弯 C.“水流星”表演中，在最高点处水对桶底 　一定有压力 D.洗衣机脱水桶的脱水原理是利用了失重现象 例1 √ 提能 综合训练 汽车通过凹形桥的最低点时，根据牛顿第二定律有FN-mg=m，速度越大，汽车轮胎所受地面支持力越大，越容易爆胎，故A正确； 在铁路的转弯处，通常要求外轨比内轨高，目的是使火车自身重力与所受支持力的合力来提供转弯所需的向心力，减轻轮缘与轨道的挤压，故B错误； “水流星”表演中，当“水流星”通过最高点时，若满足mg=m，则此时水对桶底的作用力为零，故C错误； 洗衣机脱水桶的脱水原理是利用了离心现象，故D错误。 　(2023·无锡市期末)某同学经过长时间的观察后发现，路面出现水坑的地方，如果不及时修补，水坑很快会变大，善于思考的他结合学过的物理知识，对这个现象提出了多种解释，则下列说法中不合理的解释是 A.车辆上下颠簸过程中，某些时刻处于超重状态 B.把坑看作凹陷的弧形，车对坑底的压力比平路大 C.车辆的驱动轮出坑时，对地的摩擦力比平路大 D.坑洼路面与轮胎间的动摩擦因数比平直路面大 例2 √ 车辆上下颠簸过程中，在某些时刻加速度向上， 则车辆处于超重状态，A正确，不符合题意； 把坑看作凹陷的弧形，在坑底时根据牛顿第二 定律有FN=m+mg，则根据牛顿第三定律，车 对坑底的压力比平路大，B正确，不符合题意； 车辆的驱动轮出坑时，对地的摩擦力比平路大，C正确，不符合题意； 动摩擦因数由接触面的粗糙程度决定，而坑洼路面可能比平直路面更光滑，则动摩擦因数可能更小，D错误，符合题意。 　(2023·镇江市高一期中)如图所示，甲、乙两水平圆盘紧靠在一块，甲圆盘为主动轮，乙靠摩擦随甲转动且无相对滑动。甲圆盘与乙圆盘的半径之比为r甲∶r乙=3∶1，两圆盘和小物块m1、m2之间的动摩擦因数相同，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，m1距O点为2r，m2距O'点为r，当甲缓慢转动起来且转速慢慢增加时 A.滑动前m1与m2线速度之比v1∶v2=3∶2 B.滑动前m1与m2的向心加速度之比a1∶a2=1∶3 C.m1先开始滑动 D.m2先开始滑动 例3 √ 甲、乙两圆盘边缘上的各点线速度大小相等，有ω1·3r=ω2·r，可得ω1∶ω2=1∶3，所以物块相对圆盘开始滑动前，m1与m2的线速度之比为v1∶v2=2rω1∶rω2=2∶3，故A错误； 物块相对圆盘开始滑动前，根据a=ω2r得，m1与m2的向心加速度之比为a1∶a2=2r∶r=2∶9，故B错误； 随着转速慢慢增加，静摩擦力提供向心力，当开始发生相对滑动时静摩擦力达到最大静摩擦力，对m1有μm1g=m1·2rω1'2，可得此 时角速度ω1'=，此时m2的角速度ω2'=3ω1' =3，此时m2的向心力m2rω2'2=4.5μm2g，已经大于最大静摩擦力μm2g，即m2早于m1开始发生相对滑动，故C错误，D正确。 　如图所示是一种模拟旋转秋千的装置，整个装置可绕置于地面上的竖直轴Oa转动，已知与转轴固定连接的水平杆ab长s=0.1 m，连接小球的细绳长L= m，小球质量m=0.1 kg，整个装置绕竖直轴Oa做匀速圆周运动时，连接小球的细绳与竖直方向成37°角，小球到 例4 地面的高度h=0.8 m，重力加速度g=10 m/s2，不计空气阻力，已知　　sin 37°=0.6，cos 37°=0.8，求： (1)细绳对小球的拉力FT的大小； 答案　1.25 N 小球竖直方向受力平衡，有FT= 解得FT=1.25 N (2)该装置匀速转动的角速度； 答案　5 rad/s 小球做水平面内的匀速圆周运动，合力提供向心力，可得mgtan 37°　=mω2r 小球做圆周运动的半径r=s+Lsin 37° 联立解得ω=5 rad/s (3)若转动过程中，细绳突然断裂，小球落地时到转轴Oa的水平距离。 答案　 m 细绳断裂时，小球的线速度大小为v=ωr=1.5 m/s 由h=gt2 解得t=0.4 s 小球平抛过程中，水平分位移为x=vt=0.6 m 根据几何关系可得小球落地时到转轴Oa的水平距离 为d= 解得d= m。 　(2023·连云港市高一期中)很多青少年在山地自行车上安装了气门嘴灯，夜间骑车时犹如踏着风火轮，格外亮眼。如图甲是某种自行车气门嘴灯，气门嘴灯 例5 内部开关结构如图乙所示，弹簧一端固定，另一端与质量为m的小滑块(含触点a)连接，当触点a、b接触，电路接通使气门嘴灯发光，触点b位于车轮边缘。车轮静止且气门嘴灯在最低点时触点a、b距离为L，弹簧劲度系数为，g为重力加速度大小，自行车轮胎半径为R，不计开关中的一切摩擦，滑块和触点a、b均可视为质点。(L与R相比可以忽略) (1)若自行车匀速行驶过程中气门嘴灯每次到达车轮最低点时刚好发光，求自行车的速度大小； 答案　 车轮静止且气门嘴灯在车轮最 低点时，设弹簧的伸长量为L1， 则根据平衡条件有 kL1=mg 解得L1=L 要使在最低点刚好发光，则弹簧的伸长量应为2L，有2kL-mg=m 解得v1= (2)若自行车匀速行驶过程中气门嘴灯可以一直发光，求自行车行驶的最小速度； 答案　 只要气门嘴灯转到车轮最高点时，触点a、b能够接触即可保证全程气门嘴灯一直发光，气门嘴灯位于最高点时根据牛顿第二定律有 mg+2kL= 解得满足要求的最小速度为 v= (3)若自行车以的速度匀速行驶，求车轮每转一圈，气门嘴灯的发光时间。 答案　 速度为时车轮滚动的周期为 T== 此速度下气门嘴灯所需的向心力为 m=2mg 此力恰好等于触点a、b接触时弹簧的弹力，即无重力参与向心力，对应与圆心等高的点，故当气门嘴灯位于下半圆周时灯亮，即 t==。 $