4.3圆周运动——2027届高考物理一轮复习课件

该高中物理高考复习课件聚焦“圆周运动”专题，依据高考评价体系梳理了运动学分析（线速度、角速度等物理量）和动力学分析（向心力来源、离心运动）两大核心考点，通过考向分类明确传动问题、圆锥摆等常考题型，体现高考备考的系统性和针对性。 课件亮点在于高考真题融入与科学思维培养，如以2023江苏卷“转碟”题为例，运用“四步法”解析动力学问题，强化模型建构与科学推理素养。特设“传动类型比较表”“圆锥摆分析思路”等工具，帮助学生掌握解题技巧，教师可据此精准开展专题复习，提升备考效率。

第19课时　圆周运动 考点一　圆周运动的运动学分析 1.描述圆周运动的物理量 ω2r r 2.匀速圆周运动 (1)定义:如果物体沿着圆周运动,并且线速度的大小处处　　　　,所做的运动叫作匀速圆周运动。  (2)特点:加速度大小　　　　,方向始终指向　　　　,是变加速运动。  (3)条件:合外力大小　　　　,方向始终与　　　　方向垂直且指向圆心。 相等 不变 圆心 不变 速度 考向1　圆周运动基本规律的应用 典例1　复兴号列车以60 m/s的速率经过一段圆弧形弯道,小昊同学观察放在桌面上的智能手机中的“指南针”,发现在15 s内匀速转过了18°,取g=10 m/s2,π=3。求列车转弯的角速度大小ω和半径r。 答案 0.02 rad/s　3 000 m 对点演练1　A、B两质点均做匀速圆周运动,在相等时间内它们通过的弧长之比ΔsA∶ΔsB=4∶3,转过的圆心角之比ΔθA∶ΔθB=3∶2。关于A、B两质点,下列说法正确的是(　　) A.周期之比为TA∶TB=2∶3 B.角速度之比为ωA∶ωB=2∶3 C.线速度之比为vA∶vB=3∶4 D.向心加速度之比为anA∶anB=3∶2 A 考向2　圆周运动的传动问题 类型 同轴转动 皮带传动 齿轮传动 装置 A、B两点在同轴的一个圆盘上   两个轮子用皮带连接,A、B两点分别是两个轮子边缘上的点   两个齿轮轮齿啮合,A、B两点分别是两个齿轮边缘上的点   类型 同轴转动 皮带传动 齿轮传动 特点 角速度、周期相同 线速度大小相等 线速度大小相等 转向 相同 相同 相反 规律 线速度与半径成正比: 向心加速度与半径成正比: 角速度与半径成反比: 向心加速度与半径成反比: 角速度与半径成反比: 向心加速度与半径成反比: 典例2　如图所示的皮带传动装置中,轮A和B同轴,A、B、C分别是三个轮边缘的质点,且RA=RC=2RB,则下列说法中正确的是(　　) A.三质点的线速度之比vA∶vB∶vC=2∶1∶1 B.三质点的角速度之比ωA∶ωB∶ωC=2∶1∶1 C.三质点的周期之比TA∶TB∶TC=2∶2∶1 D.三质点的向心加速度之比aA∶aB∶aC=2∶2∶1 A 对点演练2　在如图所示的齿轮转动中,三个齿轮的半径之比为1∶2∶3,当齿轮转动时,小齿轮边缘的A点和大齿轮边缘的B点(　　) A.线速度大小之比为1∶3 B.角速度大小之比为3∶1 C.周期之比为1∶1 D.转速之比为1∶3 B 考点二　匀速圆周运动的动力学分析 1.匀速圆周运动的向心力 (1)作用效果 向心力产生向心加速度,只改变速度的　　　,不改变速度的　　　　。  (2)大小 Fn=　　　　=　　　　=　　　　=mωv。  (3)方向 始终沿半径方向指向　　　　,时刻在改变,即向心力是一个变力。  方向 大小 m mrω2 mr 圆心 2.匀速圆周运动中向心力的来源 运动模型 向心力Fn的来源(图示) 汽车在水平路面转弯 Fn=　　　  水平转台(光滑) Fn=　　　　=　　　　  圆锥摆 Fn=　　　　,r=　　　　  Ff FT mBg mgtan θ lsin θ 运动模型 向心力Fn的来源(图示) 飞车走壁 Fn=　　　   飞机水平转弯 Fn=　　 　   火车转弯 Fn=　　 　  mgtan θ mgtan θ mgtan θ 3.离心运动和近心运动 (1)离心运动: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,就做　　　　　　　　的运动。  (2)受力特点(如图) ①当F=0时,物体沿　　　　方向飞出, 做匀速直线运动。  ②当0<F<mrω2时,物体逐渐　　　　圆心, 做　　　　运动。  ③当F>mrω2时,物体逐渐　　　　　　　,做　　　　运动。  (3)本质:离心运动的本质并不是受到离心力的作用,而是提供的力 　　　　　做匀速圆周运动需要的向心力。  逐渐远离圆心 切线 远离 离心 向圆心靠近 近心 小于 考向1　圆周运动的动力学问题 典例3　(2023江苏卷)“转碟”是传统的杂技项目。如图所示,质量为m的发光物体放在半径为r的碟子边缘,杂技演员用杆顶住碟子中心,使发光物体随碟子一起在水平面内绕A点做匀速圆周运动。当角速度为ω0时,碟子边缘看似一个光环。求此时发光物体的速度大小v0和受到的静摩擦力大小Ff。 答案ω0r　mr 对点演练3　如图所示的装置中,光滑水平杆固定 在竖直转轴上,小圆环A和轻弹簧套在杆上,弹簧 两端分别固定于竖直转轴和环A,细线穿过小孔O, 两端分别与环A和小球B连接,线与水平杆平行, 环A的质量为m,小球B的质量为2m。现使整个装 置绕竖直轴以角速度ω匀速转动,细线与竖直方向 的夹角为37°。缓慢加速后使整个装置以角速度2ω匀速转动,细线与竖直方向的夹角为53°,此时弹簧弹力与角速度为ω时大小相等,已知重力加速度g,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8,求: (1)装置转动的角速度为ω时,细线OB的长度s; (2)装置转动的角速度为2ω时,细线OB的长度s',以及弹簧的弹力大小。 答案 (1)　(2)　2mg 解析 (1)当装置转动的角速度为ω时,对小球B分析得T1cos 37°=2mg, T1sin 37°=2mω2ssin 37°,解得s=。 (2)装置转动的角速度为2ω时,对小球B分析得T2cos 53°=2mg,T2sin 53° =2m(2ω)2s'sin 53°,解得s'=,设细线长度为L,则装置转动的角速度为ω时对圆环A满足T1-F=mω2(L-s),装置转动的角速度为2ω时,对圆环A有T2+F=m(2ω)2(L-s'),解得F=2mg。 考向2　圆锥摆运动 典例4　如图所示,用轻质细线拴一质量为m的小球,让小球在水平面内做匀速圆周运动,摆线与竖直方向的夹角θ,细线上端悬点到圆心的距离为h,不计空气阻力,重力加速度为g。求: (1)细线的拉力大小; (2)小球做匀速圆周运动的角速度。 答案 (1)　(2) 解析 (1)根据题意,对小球受力分析,设细线的拉力为F,竖直方向上,由平衡条件有Fcos θ=mg,解得F=。 (2)根据题意,由几何关系可得,小球做匀速圆周运动的半径为r=htan θ,由牛顿第二定律有mgtan θ=mω2r,解得ω=。 对点演练4　(2026南通一模)如图所示,轻弹簧一端固定在竖直杆上的O点,另一端连接小球,小球套在光滑水平杆上,整个装置可绕竖直杆转动。当装置分别以角速度ω1、ω2匀速转动时,小球相对杆分别静止在A、B点,杆对球的弹力大小分别为FNA、FNB,其中FNA方向向下,弹簧在弹性限度内,则 (　　) A.ω1>ω2,FNA>FNB B.ω1>ω2,FNA<FNB C.ω1<ω2,FNA>FNB D.ω1<ω2,FNA<FNB D 解析 对小球进行受力分析,小球受到竖直向下的重力mg、沿弹簧方向的拉力F和水平杆对其的竖直弹力FN,小球在水平面内做匀速圆周运动。设弹簧与竖直方向的夹角为θ,轨道半径为r,角速度为ω,小球质量为m。 设弹簧的劲度系数为k,原长为l0,O点到水平杆的竖直高度为h。则弹簧的长度l= 拉力F=k(l-l0) 由几何关系可知sin θ= 弹簧拉力的水平分量提供向心力Fsin θ=mrω2 整理得ω2= 此式表明,角速度ω是随轨道半径r的增大而增大的,从图中可以看出,B的轨道半径大于A的轨道半径,对应的角速度关系为ω1<ω2 在竖直方向上,小球受力平衡,则Fcos θ=mg+FN 所以,杆对球的弹力FN=Fcos θ-mg 由几何关系cos θ= 可得FN=kh-mg B的轨道半径大于A的轨道半径,则有FNA<FNB 故选D。 $