高中人教物理专题4.3 圆周运动及应用【讲】解析版.docx

专题4.3 圆周运动及应用【讲】
目录
一 讲核心素养 1
二 讲必备知识 1
【知识点一】　描述圆周运动的物理量 1
【知识点二】圆周运动的动力学问题 4
【知识点三】实验：探究影响向心力大小的因素 7
三．讲关键能力 9
【能力点一】.会分析圆周运动的多解问题 9
【能力点二】会分析水平面内圆周运动的临界问题 11
四．讲模型思想 14
模型一　竖直面内的圆周运动----拱桥、凹桥模型 14
模型二　竖直面内圆周运动两类模型 15
一 讲核心素养
1.物理观念：圆周运动、向心力、向心加速度、线速度、角速度。
(1)熟练掌握描述圆周运动的各物理量之间的关系。
(2)掌握匀速圆周运动由周期性引起的多解问题的分析方法。
2.科学思维：水平、竖直平面圆周运动模型。
会分析圆周运动的向心力来源，掌握圆周运动的动力学问题的分析方法，掌握圆锥摆模型绳（杆）及轨道模型。
3.科学探究：实验：探究影响向心力大小的因素
(1)知道向心力大小与哪些因素有关，并能用来进行计算。
(2)掌握常见的探究影响向心力大小的因素的实验方案。
4.科学态度与责任：离心现象与行车安全。
能用圆周运动的知识解决以生活中的实际问题为背景的问题，体会物理学的应用价值感受物理学的学科魅力。
二 讲必备知识
【知识点一】　描述圆周运动的物理量
1.描述圆周运动的物理量
定义、意义
公式、单位
线速度(v)
①描述圆周运动的物体运动快慢的物理量
②是矢量，方向和半径垂直，和圆周相切
①v＝(定义式)＝(与周期的关系)
②单位：m/s
角速度(ω)
①描述物体绕圆心转动快慢的物理量
②是矢量，但不研究其方向
①ω＝(定义式)＝(与周期的关系)
②单位：rad/s
③ω与v的关系：v＝ωr
周期(T)
转速(n)
频率(f)
①周期是物体沿圆周运动一周所用的时间，周期的倒数为频率
②转速是单位时间内物体转过的圈数
①T＝＝(与频率的关系)
②T的单位：s
n的单位：r/s、r/min
f的单位：Hz
向心加速度(an)
①描述线速度方向变化快慢的物理量
②方向指向圆心
①an＝＝ω2r＝r＝ωv
②单位：m/s2
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相等，所做的运动就是匀速圆周运动.
(2)特点：加速度大小不变，方向始终指向圆心，是变加速运动.
(3)条件：合外力大小不变、方向始终与速度方向垂直且指向圆心.
【例1】.(2021·江西丰城中学段考)图甲为磁带录音机的磁带盒，可简化为图乙所示的传动模型，A、B为缠绕磁带的两个轮子，两轮的半径均为r，在放音结束时磁带全部绕到了B轮上，磁带的外缘半径R＝3r，现在进行倒带，使磁带绕到A轮上．倒带时A轮是主动轮，其角速度是恒定的，B轮是从动轮，则在倒带的过程中下列说法正确的是 (　　)
A．倒带结束时A、B两轮的角速度之比为1∶3
B．倒带开始时A、B两轮的角速度之比为1∶3
C．倒带过程中磁带边缘的线速度变小
D．倒带过程中磁带边缘的线速度不变
【答案】：A
【解析】：由题，在倒带结束时，磁带全部绕到了A轮上，磁带的外缘半径R＝3r，而线速度v相等，ω＝，故倒带结束时A、B两轮的角速度之比为1∶3，故A正确；同理，B错误；在A轮转动的过程中，半径增大，角速度恒定，随着磁带的倒回，A的半径变大，根据v＝rω，知A线速度增大，故C、D错误．
【素养升华】本题考察的学科素养主要是物理观念。要求考生能正确运用圆周运动的规律解决实际运动学问题。
【必备知识】1.对an＝＝ω2r的理解
在v一定时，an与r成反比；在ω一定时，an与r成正比.
2.常见的传动方式及特点
(1)皮带传动：如图甲、乙所示，皮带与两轮之间无相对滑动时，两轮边缘线速度大小相等，即vA＝vB.
(2)摩擦传动和齿轮传动：如图甲、乙所示，两轮边缘接触，接触点无打滑现象时，两轮边缘线速度大小相等，即vA＝vB.
(3)同轴转动：如图甲、乙所示，绕同一转轴转动的物体，角速度相同，ωA＝ωB，由v＝ωr知v与r成正比.
【变式训练】(2020·资阳诊断)如图所示，水平放置的两个用相同材料制成的轮P和Q靠摩擦传动，两轮的半径R∶r ＝2∶1.当主动轮Q匀速转动时，在Q轮边缘上放置的小木块恰能相对静止在Q轮边缘上，此时Q轮转动的角速度为ω1，木块的向心加速度为a1，若改变转速，把小木块放在P轮边缘也恰能静止，此时Q轮转动的角速度为ω2，木块的向心加速度为a2，则 (　　)
A.＝　　　　　　　　 B.＝
C.