第4章 第20课时 专题强化六 圆周运动的临界问题 (课件PPT)-【状元桥】2027高考物理一轮总复习

该高中物理高考复习课件聚焦“圆周运动的临界问题”专题，覆盖水平面、竖直面及倾斜面内三大场景，依据高考评价体系梳理向心力来源分析、临界条件判断等核心要求。通过考点权重分析（如竖直面模型占比高）和常考题型归纳（如汽车转弯、绳-球模型），体现高考备考的针对性和实用性。 课件亮点在于“真题案例+模型建构+临界方法”的备考策略，如以2025石家庄一模圆锥摆题为例，运用科学思维中的模型建构和科学推理，拆解“支持力为零”临界条件。通过绳-球与杆-球模型对比表，帮助学生形成运动和相互作用观念，掌握最高点速度计算等技巧，助力学生高效突破高频考点，为教师提供精准复习指导。

曲线运动 第四章 第20课时　专题强化六　圆周运动的临界问题 返回目录 高考总复习·物理 　 关键能力　研讨教材 第20课时 目 录 Contents 关键能力　研讨教材 考点一　水平面内圆周运动的临界问题 返回目录 高考总复习·物理 　 返回目录 高考总复习·物理 　 返回目录 高考总复习·物理 　 返回目录 高考总复习·物理 　 返回目录 高考总复习·物理 　 返回目录 高考总复习·物理 　 返回目录 高考总复习·物理 　 返回目录 高考总复习·物理 　 返回目录 高考总复习·物理 　 返回目录 高考总复习·物理 　 返回目录 高考总复习·物理 　 考点二　竖直面内圆周运动的临界问题 返回目录 高考总复习·物理 　 返回目录 高考总复习·物理 　 返回目录 高考总复习·物理 　 返回目录 高考总复习·物理 　 返回目录 高考总复习·物理 　 返回目录 高考总复习·物理 　 返回目录 高考总复习·物理 　 返回目录 高考总复习·物理 　 返回目录 高考总复习·物理 　 返回目录 高考总复习·物理 　 思考感悟 返回目录 高考总复习·物理 　 返回目录 高考总复习·物理 　 返回目录 高考总复习·物理 　 返回目录 高考总复习·物理 　 第20课时　专题强化六　圆周运动的临界问题 返回目录 高考总复习·物理 　 制 作 者：状元桥 适用对象：高中学生 制作软件：Powerpoint2010、 Photoshop cs3 运行环境：WindowsXP以上操作系统 [目标要求]　1.会分析水平面内、竖直面内及倾斜面内物体做圆周运动的向心力来源及动力学问题.2.掌握分析判断圆周运动临界问题的方法． 1．绳的临界条件：绳恰好绷紧，则张力FT＝0；绳恰好断裂，则张力FT达到绳子最大承受力． 2．物体与水平转盘恰好不相对滑动的临界条件：两物体之间的静摩擦力恰好达到最大静摩擦力，即F＝Ffm. 3．物体间恰好分离的临界条件：接触面间的弹力恰好为零，即FN＝0. 如图所示，在水平圆盘上放置一个质量为0.5 kg的小滑块，滑块离圆盘中心0.25 m．滑块与圆盘之间的动摩擦因数为0.1，现使圆盘绕垂直于盘面的中心轴缓慢加速转动，至小滑块与盘面发生相对滑动．设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度g取10 m/s2，则(　　) A．圆盘缓慢加速转动过程中，滑块所受的摩擦力做功为0 B．小滑块与盘面发生相对滑动时圆盘的角速度为4 rad/s C．在小滑块上面再放置一个相同的小滑块，发生相对滑动时的角速度为2 rad/s D．在小滑块上面再放置一个质量为0.4 kg的小滑块，两者之间的动摩擦因数为0.05，发生相对滑动时的角速度为 rad/s 答案　D 解析　小滑块动能增大，故摩擦力做正功，故A错误；小滑块与盘面发生相对滑动时有μmg＝mω2r，解得ω＝2 rad/s，故B错误；在小滑块上面再放置一个相同的小滑块，发生相对滑动时有2μmg＝2mω2r，解得ω＝2 rad/s，故C错误；在小滑块上面再放置一个0.4 kg的小滑块，两者之间的动摩擦因数为0.05，则两个小滑块首先发生相对滑动，有μ′m′g＝m′ω′2r，解得ω′＝rad/s，故D正确．故选D. (2025惠州模拟)汽车转弯时如果速度过大，容易发生侧滑．因此，汽车转弯时不允许超过规定的速度．如图所示，一辆质量m＝2.0×103 kg的汽车在水平公路的弯道上行驶，速度大小v＝10 m/s，其轨迹可视为半径R＝50 m的圆弧．若汽车轮胎与路面间的动摩擦因数为μ＝0.8，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，取重力加速度g＝10 m/s2. (1)求这辆汽车转弯时需要的向心力大小； (2)求汽车转弯时不发生侧向滑动所允许的最大速度； (3)为防止汽车侧滑而发生危险，请给出两条合理建议． 答案　(1)4.0×103 N (2)20 m/s　(3)降低汽车转弯时的速度、修路时适当增加转弯的半径、修路时使转弯处外高内低、换用摩擦系数更大的轮胎 解析　(1)汽车转弯时需要的向心力F＝m，解得F＝4×103 N. (2)汽车转弯时不发生侧向滑动，当最大静摩擦力提供向心力时，速度最大，即μmg＝m，解得vm＝20 m/s. (3)为防止汽车侧滑而发生危险，可以降低汽车转弯时的速度、修路时适当增加转弯的半径、修路时使转弯处外高内低、换用摩擦系数更大的轮胎． (2025石家庄一模)如图甲所示，一细线一端系住一小球，另一端固定在一竖直细杆上，小球以一定大小的速度随着细杆在水平面内做匀速圆周运动，细线便在空中划出一个圆锥面，这样的模型叫“圆锥摆”．圆锥摆是研究水平面内质点做匀速圆周运动动力学关系的典型特例．小球(可视为质点)质量为m，细线AC长度为L，重力加速度为g. 　　 (1)在紧贴着小球运动的水平面上加一光滑平板，使小球在板上做匀速圆周运动，此时细线与竖直方向所成夹角为θ，如图乙所示，当小球的角速度ω大于某一值ω1时，小球将脱离平板，求ω1的大小； (2)撤去光滑平板，再用一根细线，同样一端系在该小球上，另一端固定在细杆上的B点，且当两条细线均伸直时，如图丙所示，各部分长度之比|AB|∶|AC|∶|BC|＝5∶4∶3，则当小球以ω2＝匀速转动时，两细线对小球的拉力分别多大． 答案　(1)　(2)FTBC＝0　FTAC＝mg 解析　(1)当平板对小球支持力为零时，小球恰好脱离平板，此时重力和绳子拉力的合力提供向心力，根据牛顿第二定律得mgtan θ＝mωLsin θ，解得ω1＝. (2)当细线BC恰好伸直时，由几何关系得，AC与竖直方向所成夹角为37°，同理可得，此时小球的角速度为ω0＝＝>ω2，则ω2＝时细线BC未伸直，即FTBC＝0，设此时细线AC与竖直方向的夹角为β，由上得ω2＝，解得cos β＝＝，根据平衡条件得FTAC＝＝mg. 绳—球模型与杆—球模型对比 模型 绳—球模型 杆—球模型 情景 图示 弹力 特征 弹力可能向下，也可能等于零 弹力可能向下，可能向上，也可能等于零 模型 绳—球模型 杆—球模型 受力 示意 图 力学 方程 mg＋FT＝m mg±FN＝m 临界 特征 FT＝0，即mg＝m，得v＝ v＝0，即F向＝0， 此时FN＝mg 模型 绳—球模型 杆—球模型 模型 关键 (1)“绳”只能对小球施加向下的力 (2)小球通过最高点的速度至少为 (1)“杆”对小球的作用力可以是拉力，也可以是支持力 (2)小球通过最高点的速度最小可以为0 绳—球模型 (多选)如图所示，一质量为m＝0.5 kg的小球(可视为质点)，用长为0.4 m的轻绳拴着在竖直平面内做圆周运动，g＝10 m/s2，下列说法正确的是(　　) A．小球要做完整的圆周运动，在最高点的速度至少为2 m/s B．当小球在最高点的速度为4 m/s时，轻绳拉力大小为15 N C．若轻绳能承受的最大张力为45 N，小球的最大速度不能超过4 m/s D．若轻绳能承受的最大张力为45 N，小球的最大速度不能超过4 m/s 答案　ABC 解析　设小球通过最高点时的最小速度为v0，则根据牛顿第二定律有mg＝m，解得v0＝2 m/s，故A正确；当小球在最高点的速度为v1＝4 m/s时，设轻绳拉力大小为FT，根据牛顿第二定律有FT＋mg＝m，解得FT＝15 N，故B正确；小球在轨迹最低点处速度最大，此时轻绳的拉力最大，根据牛顿第二定律有FTm－mg＝，解得vm＝4 m/s，故C正确，D错误．故选ABC． 杆—球模型 (多选)如图甲所示，质量为m的小球能在半径为R的竖直光滑圆轨道内侧做完整的圆周运动；如图乙所示，质量为m的小球能在半径为R的竖直光滑圆形管道内做完整的圆周运动(圆形管道的管径略大于小球的直径，但远小于R)．已知重力加速度大小为g，两小球均可视为质点，下列说法正确的是(　　) A．图甲中小球通过最高点的最小速度为0 B．图乙中小球通过最低点的最小速度为2 C．图乙中小球通过最高点时速度越大，对管道的作用力一定越大 D．图甲中小球通过最低点时对轨道的作用力比通过最高点时大6mg 答案　BD 解析　由圆周运动知，图甲中小球通过最高点时，重力提供小球做圆周运动的向心力，则mg＝m解得最小速度v高＝，故A错误；在管状模型中通过最高点最小速度为0，由动能定理知mg2R＝mv，代入得v低＝2，故B正确；图乙中小球通过最高点时，当0<v<，小球对下管道有压力，速度越大对下管道压力越小，当v＝，小球对管道无压力，当v>，小球对上管道有压力，速度越大对上管道压力越大，故C错误；设 在最高点压力为FN1，速度为v1，最低点压力为FN2，速度为v2，则由圆周运动知，在最高点有mg＋FN1＝m根据动能定理知mv＋2mgR＝mv，在最低点有FN2－mg＝m，则FN2－FN1＝6mg，故D正确；故选BD. 竖直平面内圆周运动的求解思路 拱形桥和凹形桥类模型 胎压监测器可以实时监测汽车轮胎内部的气压，在汽车上安装胎压监测报警器，可以预防因汽车轮胎胎压异常而引发的事故．一辆装有胎压报警器的载重汽车在高低不平的路面上行驶，其中一段路面的水平观察视图如图所示，图中虚线是水平线，在保证安全行驶的情况下，若要尽量使胎压报警器不会超压报警，下列说法正确的是(　　) A．汽车在A处应增大行驶速度 B．汽车在B处应增大行驶速度 C．汽车在A、B处均应增大行驶速度 D．汽车在A、B处均应减小行驶速度 答案　B 解析　在A处，根据牛顿第二定律可得FN－mg＝m，解得FN＝mg＋m，在A处，速度越大，轮胎受到的作用力越大，越容易超压报警．在B处，根据牛顿第二定律可得mg－FN′＝m，解得FN′＝mg－m，在B处，速度越大，轮胎受到的作用力越小，越不容易超压报警．因此若要尽量使胎压报警器不会超压报警，则汽车在A处应减小行驶速度，在B处应增大行驶速度．故选B. $