1、高三物理一轮复习导学案四、曲线运动（4）【课 题】变速圆周运动【导学目标】1、知道非匀速圆周运动的特点；2、掌握竖直平面内的圆周运动的两种典型情况，会分析其临界条件。【知识要点】一、变速圆周运动:不仅线速度大小、方向时刻在改变，而且加速度大小、方向也时刻在改变，是变加速曲线运动。变速圆周运动的合外力一般不等于向心力，只是在半径方向的分力F1提供向心力，即F1=ma向。（不作定量计算的要点）。二、竖直平面的圆周运动：是典型的变速圆周运动，对于物体在竖直平面内做变速圆周运动的问题，中学物理中只研究物体经过最高点和最低点的运动情况，并且经常出现临界状态，下面分两种情况对临界问题进行分析。1、如图所示
2、的小球在竖直平面内做圆周运动经过最高点的情况：临界条件：小球到最高点时绳子的拉力（或轨道的弹力）刚好等于零，小球的重力提供做圆周运动的向心力， mg=m v临2/r v临=即 v临 是小球能通过最高点时的最小速度能通过最高点的条件：vv临不能通过最高点的条件vv临。这种情况实际上小球在到达最高点前就脱离了轨道2、如图所示的小球在竖直平面内做圆周运动经过最高点的情况： 临界条件：由于轻杆或管壁的支撑，小球能到达最高点的条件是小球在最高点时速度可以为零。 当0v 时，杆对球的作用力表现为推力，推力大小为N=mg-m，N随速度增大而减小。 当v时，杆对球的作用力表现为拉力，拉力的大小为T= mmg【
3、典型剖析】例1在质量为M的电动机飞轮上，固定着一个质量为m的重物，重物到轴的距离为R，如图所示，为了使电动机不从地面上跳起，电动机飞轮转动的最大角速度不能超过( )A B C D 例2 如图所示，质量为M的半圆形轨道槽放置在水平地面上，槽内壁光滑质量为m的小物体从槽的左侧顶端由静止开始下滑到右侧最高点的过程中，轨道槽始终静止，则该过程中（ ）A轨道槽对地面的最小压力为MgB轨道槽对地面的最大压力为（M+3m）g C轨道槽对地面的摩擦力先增大后减小D轨道槽对地面的摩擦力方向先向左后向右Rab例3如图所示，可视为质点的小球在竖直放置的、半径为R的光滑圆形管道内做圆周运动，则下列说法正确的是 （ ）
4、A小球通过最高点时的最小速度B小球通过a点时内外侧管壁对其均无作用力C小球在水平线ab以下的管道中运动时，内侧管壁对小球一定无作用力D小球在水平线ab以上的管道中运动时，外侧管壁对小球一定有作用力例4如图所示，半径为R的竖直光滑圆轨道内侧底部静止着一个光滑小球，现给小球一个冲击使其在瞬间得到一个水平初速度v0，若v0大小不同，则小球能够上升到的最大高度(距离底部)也不同下列说法中正确的是()A如果v0，则小球能够上升的最大高度为R/2B如果v0，则小球能够上升的最大高度为R/2C如果v0，则小球能够上升的最大高度为3R/2D如果v0，则小球能够上升的最大高度为2R例5质量为m的小球，用长为l的
5、细线悬挂在O点，在O点的正下方处有一光滑的钉子P，把小球拉到与钉子P等高的位置，摆线被钉子挡住如图让小球从静止释放，当小球第一次经过最低点时()A小球运动的线速度突然减小B小球的角速度突然减小C小球的向心加速度突然减小D悬线的拉力突然增大例6 如图所示，半径为R，内径很小的光滑半圆管道竖直放置，质量为m的小球以某一速度进入管内，小球通过最高点P时，对管壁的压力为0.5mg.求：(1)小球从管口飞出时的速率；(2)小球落地点到P点的水平距离【训练设计】1、如图所示，光滑的水平轨道AB，与半径为R的光滑的半圆形轨道BCD相切于B点，其中圆轨道在竖直平面内，B为最低点，D为最高点为使一质量为m的小球
6、以初速度v0沿AB运动，恰能通过最高点，则（ ）AR越大，v0越大； m越大，v0越大BR越大，小球经过B点后瞬间对轨道的压力越大Cm与R同时增大，初动能Ek0增大D若将半圆弧轨道上部的1/4圆弧截去，其他条件不变，则小球能达到的最大高度比D点高0.5R2、如图所示，长为L的轻杆一端固定质量为m的小球，另一端有固定转轴O.现使小球在竖直平面内做圆周运动.P为圆周轨道的最高点.若小球通过圆周轨道最低点时的速度大小为,则以下判断正确的是（）A.小球不能到达P点B.小球到达P点时的速度小于C.小球能到达P点，但在P点不会受到轻杆的弹力D.小球能到达P点，且在P点受到轻杆向下的弹力3、如图所示，质量为
7、m的小球置于正方体的光滑盒子中，盒子的边长略大于球的直径某同学拿着该盒子在竖直平面内做半径为R的匀速圆周运动，已知重力加速度为g，空气阻力不计，要使在最高点时盒子与小球之间恰好无作用力，则()A该盒子做匀速圆周运动的周期一定小于2B该盒子做匀速圆周运动的周期一定等于2C盒子在最低点时盒子与小球之间的作用力大小可能小于2mgD盒子在最低点时盒子与小球之间的作用力大小可能等于2mg4、如图所示，从A点以v0=4m/s的水平速度抛出一质量m=1kg的小物块（可视为质点），当物块运动至B点时，恰好沿切线方向进入光滑圆弧轨道BC，经圆弧轨道后滑上与C点等高、静止在粗糙水平面的长木板上，圆弧轨道C端切线水
8、平。已知长木板的质量M4kg，A、B两点距C点的高度分别为H0.6m、h=0.15m，R0.75m，物块与长木板之间的动摩擦因数10.5，长木板与地面间的动摩擦因数20.2，g=10m/s2。求：（1）小物块运动至B点时的速度大小和方向；（2）小物块滑动至C点时，对圆弧轨道C点的压力；（3）长木板至少为多长，才能保证小物块不滑出长木板。5、如图甲所示，弯曲部分AB和CD是两个半径相等的四分之一个圆弧，中间的BC段是竖直的薄壁细圆管(细圆管内径略大于小球的直径)，分别与上下圆弧轨道相切连接，BC段的长度L可作伸缩调节下圆弧轨道与地面相切，其中D、A分别是上下圆弧轨道的最高点与最低点，整个轨道固定在竖直平面内一小球多次以某一速度从A点水平进入轨道而从D点水平飞出今在A、D两点各放一个压力传感器，测试小球对轨道A、D两点的压力，计算出压力差F.改变BC的长度L，重复上述实验，最后绘得的FL图象如图4-3-21乙所示(不计一切摩擦阻力，g取10 m/s2) (1)某一次调节后，D点的离地高度为0.8 m，小球从D点飞出，落地点与D点的水平距离为2.4 m，求小球经过D点时的速度大小；(2)求小球的质量和弯曲圆弧轨道的半径