《高中物理第2輪復(fù)習(xí) 專題1 第4講 圓周運(yùn)動(dòng)與天體運(yùn)動(dòng)課件》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《高中物理第2輪復(fù)習(xí) 專題1 第4講 圓周運(yùn)動(dòng)與天體運(yùn)動(dòng)課件（41頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、 一、圓周運(yùn)動(dòng)一、圓周運(yùn)動(dòng) 1描述圓周運(yùn)動(dòng)的物理量描述圓周運(yùn)動(dòng)的物理量 2.向心力向心力 (1)來(lái)源：來(lái)源：在勻速圓周運(yùn)動(dòng)中，向心力是物體所受到的合力，在變速圓周運(yùn)動(dòng)中，向心力的大小等于物體所受到的沿著圓周半徑方向指向圓心的合力，總有F徑合=F向=ma向=mv2/r. (2)作用效果：作用效果：只改變線速度的方向，不改變線速度的大小，向心力垂直于速度方向，永遠(yuǎn)不做功，向心力不是恒力，而是變力 3豎直面內(nèi)完成圓周運(yùn)動(dòng)的臨界條件豎直面內(nèi)完成圓周運(yùn)動(dòng)的臨界條件圖141 要完成圓周運(yùn)動(dòng)，對(duì)圖甲和圖戊在最高點(diǎn)：mg=mv2/R，所以v= .并要會(huì)分析v ，v 時(shí)受力的情況 對(duì)圖乙、圖丙、圖丁，在最高點(diǎn)：

2、v=0，并要會(huì)分析v0時(shí)，受力情況及圖丁v 時(shí)的運(yùn)動(dòng)情況gRgRgRgR 二、萬(wàn)有引力定律的應(yīng)用二、萬(wàn)有引力定律的應(yīng)用 1用萬(wàn)有引力定律分析天體運(yùn)動(dòng)的基本方法：用萬(wàn)有引力定律分析天體運(yùn)動(dòng)的基本方法：把天體運(yùn)動(dòng)近似視為圓周運(yùn)動(dòng)，它所需要的向心力由萬(wàn)有引力提供，即 2萬(wàn)有引力定律的應(yīng)用：萬(wàn)有引力定律的應(yīng)用：測(cè)天體的質(zhì)量和密度利用天體表面的重力加速度g和天體的半徑R. ，故 . 在地面附近 ，即GM=gR2(稱為“黃金代換”)，類比其他星球也適用222224MmvGmmrmrmarrT向2MmGmgR2MmGmgR2gRMG 利用天體的衛(wèi)星：已知衛(wèi)星的周期T(或線速度v)和衛(wèi)星的軌道半徑r. 建立

3、，即可求M. 測(cè)天體的密度，只要將天體的質(zhì)量 代入 即可 注意區(qū)分r和R的不同含義：r為軌道半徑，R為天體半徑，當(dāng)衛(wèi)星在天體表面運(yùn)行時(shí)才有r=R.22224MmvGmmrrrT343MR2MmGr 3三種宇宙速度三種宇宙速度 (1)第一宇宙速度v1=7.9km/s是人造地球衛(wèi)星的最小發(fā)射速度，最大繞行速度 計(jì)算方法：根據(jù) ，導(dǎo)出 . 根據(jù) ，導(dǎo)出 . (2)第二宇宙速度v2=11.2km/s是物體掙脫地球的引力束縛需要的最小發(fā)射速度 (3)第三宇宙速度v3=16.7km/s是物體掙脫太陽(yáng)的引力束縛需要的最小發(fā)射速度22MmvGmRRGMvR2vmgmRvRg 注意：注意：雖然半徑越大(離地面越

4、高)的衛(wèi)星環(huán)繞速度越小，但在發(fā)射過(guò)程中，需要克服地球的引力做更多的功，增大勢(shì)能，所以在地面上的發(fā)射速度就越大，因此，不要認(rèn)為v環(huán)越小，v發(fā)就越小 4人造衛(wèi)星人造衛(wèi)星 (1)近地衛(wèi)星：近地衛(wèi)星：受到的萬(wàn)有引力近似為重力，故有 . (2)地球同步衛(wèi)星：地球同步衛(wèi)星：相對(duì)于地面靜止的人造衛(wèi)星，它們的周期T=24h.所以它們只能位于赤道正上方某一確定高度h， 3.6104km，但它們的質(zhì)量可以不同22MmvGmmgRR1322()4GMThR 類型一：描述圓周運(yùn)動(dòng)的物理量的關(guān)系類型一：描述圓周運(yùn)動(dòng)的物理量的關(guān)系 常在傳動(dòng)裝置中出現(xiàn)，分析這類問題時(shí)要抓住相等量和不等量的關(guān)系同軸轉(zhuǎn)動(dòng)的物體上各點(diǎn)的角速度相

5、等，線速度不等，線速度 ，與半徑r成正比不同軸傳動(dòng)如皮帶傳動(dòng)(或齒輪傳動(dòng))中的兩輪，在皮帶不打滑的條件下，兩輪邊緣各點(diǎn)的線速度大小相等，而角速度不等，角速度 ，與半徑r成反比 vr/v r【例1】 (2011上海黃浦二模)如圖142所示，為一種“滾輪平盤無(wú)級(jí)變速器”的示意圖，它由固定于主動(dòng)軸上的平盤和可隨從動(dòng)軸移動(dòng)的圓柱形滾輪組成由于摩擦的作用，當(dāng)平盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，滾輪就會(huì)跟隨轉(zhuǎn)動(dòng)如果認(rèn)為滾輪不會(huì)打滑，那么主動(dòng)軸轉(zhuǎn)速n1、從動(dòng)軸轉(zhuǎn)速n2、滾輪半徑r以及滾輪中心距離主動(dòng)軸軸線的距離x之間的關(guān)系是()圖14221221 2ACxnnrxnnr2121BDrnnxxnnr【解析】滾輪的線速度和平盤接觸點(diǎn)的

6、線速度大小相等， ，則n2=n1，A項(xiàng)正確【答案】A1222vn xn r【變式題】如圖143所示，一種向自行車車燈供電的小發(fā)電機(jī)的上端有一半徑r0=1.0cm的摩擦小輪，小輪與自行車車輪的邊緣接觸當(dāng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，因摩擦帶動(dòng)小輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而為發(fā)電機(jī)提供動(dòng)力自行車車輪的半徑R1=35cm，小齒輪的半徑R2=4.0cm，大齒輪的半徑R3=10.0cm.求大齒輪的轉(zhuǎn)速n3和摩擦小輪的轉(zhuǎn)速n0之比(假定摩擦小輪與自行車輪之間無(wú)相對(duì)滑動(dòng))圖143【解析】根據(jù)兩輪邊緣各點(diǎn)的線速度大小相等，由 ，可知轉(zhuǎn)速n和半徑r成反比，所以大齒輪與小齒輪的轉(zhuǎn)速關(guān)系為： .因?yàn)樾↓X輪和車輪同軸轉(zhuǎn)動(dòng)，所以兩輪上各點(diǎn)的轉(zhuǎn)速相同，故

7、有：n2=n1 小輪與自行車車輪的邊緣接觸，當(dāng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，因摩擦而帶動(dòng)小輪轉(zhuǎn)動(dòng)，且兩者無(wú)相對(duì)滑動(dòng)，所以它們的線速度相同，則有由以上各式并代入數(shù)據(jù)可得大齒輪和摩擦小輪間的轉(zhuǎn)速之比n3 n0=2 175.2vnr332222n Rn R110022n Rn R 類型二：圓周運(yùn)動(dòng)與向心力類型二：圓周運(yùn)動(dòng)與向心力 分析圓周運(yùn)動(dòng)的關(guān)鍵是分析向心力的來(lái)源：1.在勻速圓周運(yùn)動(dòng)中，向心力是物體所受到的合力，方向一定指向軌跡的圓心，可用直接合成法或正交分解法確定其大??；2.在變速圓周運(yùn)動(dòng)中，向心力的大小等于物體所受到的沿著圓周半徑方向指向圓心的合力【例2】如圖144所示，輕桿長(zhǎng)1m，其兩端各連接質(zhì)量為1kg的小

8、球，桿可繞距B端0.2m處的軸O在豎直平面內(nèi)自由轉(zhuǎn)動(dòng)，輕桿由水平以某一速度轉(zhuǎn)至豎直方向，A球在最低點(diǎn)時(shí)的速度為4m/s.(g取10m/s2)求：(1)A小球此時(shí)對(duì)桿的作用力大小及方向；(2)B小球此時(shí)對(duì)桿的作用力大小及方向圖144【解析】(1)在豎直方向上，A球最低點(diǎn)受力分析如圖(a)所示：則F=30N，由牛頓第三定律，球?qū)U拉力F=30N，方向向下224(10)N0.8AvFmgmFR，即(2)在最高點(diǎn)，以B球?yàn)檠芯繉?duì)象，如圖(b)所示因輕桿兩端角速度相等，則 ，vB=1m/s則： ，即 ，所以B球?qū)U的壓力為5N，方向豎直向下ABABvvRR2BBBvmgNmR221(10)N5N0.2B

9、BBvNmgmR【變式題】(2011上海閘北)如圖145所示，M能在水平光滑滑桿上滑動(dòng)，滑桿連架裝在離心機(jī)上，用繩跨過(guò)光滑滑輪與另一質(zhì)量為m的物體相連當(dāng)離心機(jī)以角速度 轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，M離軸距離為r，且恰能穩(wěn)定轉(zhuǎn)動(dòng)當(dāng)離心機(jī)轉(zhuǎn)速增至原來(lái)的2倍，調(diào)整r使之達(dá)到新的穩(wěn)定轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)，則( )AM所受向心力增至原來(lái)的2倍BM的線速度增至原來(lái)的2倍CM離軸距離變?yōu)樵瓉?lái)的DM的角速度變?yōu)樵瓉?lái)的圖145C【解析】M做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力等于物體的重力mg，即 ，當(dāng)M的轉(zhuǎn)速變?yōu)樵瓉?lái)的2倍時(shí)，物體的重力mg的大小保持不變，選項(xiàng)A錯(cuò)誤，根據(jù)公式 可知，M離軸距離變?yōu)樵瓉?lái)的 ，選項(xiàng)C正確，又因 ，可知角速度變?yōu)樵瓉?lái)的2倍，選項(xiàng)D錯(cuò)

10、誤22(2)mgMrMn r224Fn r142 n 類型三：圓周運(yùn)動(dòng)中的臨界問題類型三：圓周運(yùn)動(dòng)中的臨界問題 (1)這類問題的關(guān)鍵是抓住出現(xiàn)極值時(shí)的臨界狀態(tài)，如果臨界狀態(tài)不明顯，則可利用極限思維將某一物理量推至最小(常為0)或最大(常為)，就能迅速找到臨界狀態(tài) (2)分析這類問題時(shí)應(yīng)注意： 先確定臨界條件下物體所處的狀態(tài)，然后分析該狀態(tài)下物體的受力情況 由物體受力情況，確定能否運(yùn)用機(jī)械能守恒定律 對(duì)豎直平面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)，要正確區(qū)分幾何最高點(diǎn)與物理最高點(diǎn)【例3】如圖146所示，一個(gè)光滑的圓錐體固定在水平桌面上，其軸線沿豎直方向，母線與軸線之間的夾角為 =30，一條長(zhǎng)為L(zhǎng)的繩(質(zhì)量不計(jì))，一端固

11、定在圓錐體的頂點(diǎn)O處，另一端拴著一個(gè)質(zhì)量為m的小物體(物體可視為質(zhì)點(diǎn))，物體以速率v繞圓錐體的軸線做水平勻速圓周運(yùn)動(dòng) 116322vgLvgL當(dāng)時(shí)，求繩對(duì)物體的拉力；當(dāng)時(shí)，求繩對(duì)物體的拉力圖146【解析】水平方向： .豎直方向： .聯(lián)立解得 .由上可看出當(dāng) 、L、m一定時(shí)，線速度v越大，支持力FN越小，當(dāng)v滿足一定條件，設(shè)v=v0時(shí)能使FN=0，此時(shí)錐面與物體間恰好無(wú)相互作用，即 時(shí)FN=0.將 =30代入上式得v0= .2NsincossinTvFFmLNcossinTFFmg2NcossinsinvFmgmL22cossinsin0sincosvgLmgmvL，36gL 102111163

12、13 31cos.266vgLvmvFTmgmgmgmgL當(dāng) 時(shí)，物體在錐面上運(yùn)動(dòng)，聯(lián)立解得 20322()vgLv 當(dāng) 時(shí)，物體已離開錐面，仍繞軸線做水平面內(nèi)的勻速圓周運(yùn)動(dòng)，設(shè)此時(shí)繩與軸線間的夾角為，物體僅受重力和拉力作用，這時(shí)22222sinsincos1cos602/cos2vFTmLFTmgFTmgmg聯(lián)立解得，由得：【變式題】(2011長(zhǎng)寧二模)如圖147所示，一豎直平面內(nèi)光滑圓形軌道半徑為R，小球以速度v0經(jīng)過(guò)最低點(diǎn)B沿軌道上滑，并恰能通過(guò)軌道最高點(diǎn)A.以下說(shuō)法正確的是( )Av0應(yīng)等于 ，小球到A點(diǎn)時(shí)速度為零Bv0應(yīng)等于 ，小球到A點(diǎn)時(shí)速度和加速度都不為零C小球在B點(diǎn)時(shí)加速度最大

13、，在A點(diǎn)時(shí)加速度最小D小球從B點(diǎn)到A點(diǎn)，其速度的增量為 BCD2 gR5gR(15) gR【解析】物體恰好能夠通過(guò)A點(diǎn)，則在A點(diǎn)速度大小為 ，物體在A點(diǎn)加速度大小為g；從B點(diǎn)到A點(diǎn)，依機(jī)械能守恒定律： ，得v0= ，選項(xiàng)B正確；考慮速度的方向性，可得到選項(xiàng)D正確；從B向A運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，物體的合外力減小，加速度減小，選項(xiàng)C正確1vgR220111222mvmvmgR5gR 類型四：萬(wàn)有引力與天體運(yùn)行問題類型四：萬(wàn)有引力與天體運(yùn)行問題 (1)天體的圓周運(yùn)動(dòng)，依然遵循“圓周運(yùn)動(dòng)模型”的基本規(guī)律，必須建立F供=F需，而F供就是天體之間的萬(wàn)有引力，F(xiàn)需則隨題中描述圓周運(yùn)動(dòng)物理量的變化而變化比如，已知天體

14、表面的重力加速度和天體的半徑可求解天體的質(zhì)量，已知天體的衛(wèi)星環(huán)繞周期T和該衛(wèi)星的軌道半徑可求解天體的質(zhì)量或密度 (2)只要涉及地球表面的重力加速度g，必然建立 ，實(shí)質(zhì)就是“GM=gR2”的黃金代換，這是高考的熱點(diǎn)，要予以充分的重視2MmGmgR【例4】天文學(xué)家將相距較近、僅在彼此的引力作用下運(yùn)行的兩顆恒星稱為雙星雙星系統(tǒng)在銀河系中很普遍利用雙星系統(tǒng)中兩顆恒星的運(yùn)動(dòng)特征可推算出它們的總質(zhì)量已知某雙星系統(tǒng)中兩顆恒星圍繞它們連線上的某一固定點(diǎn)分別做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，周期均為T，兩顆恒星之間的距離為r，試推算這個(gè)雙星系統(tǒng)的總質(zhì)量(引力常量為G)【解析】設(shè)兩顆恒星的質(zhì)量分別為m1、m2，做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑分別

15、為r1、r2，角速度分別為12121221211 1221222 22.rrrm mGmrrm mGmrr，根據(jù)題意有根據(jù)萬(wàn)有引力定律和牛頓定律，有2112122312224m rrmmTmmrT G聯(lián)立以上各式解得根據(jù)角速度與周期的關(guān)系知聯(lián)立式解得【變式題】(2011浙江)為了探測(cè)X星球，載著登陸艙的探測(cè)飛船在以該星球中心為圓心，半徑為r1的圓軌道上運(yùn)動(dòng)，周期為T1，總質(zhì)量為m1.隨后登陸艙脫離飛船，變軌到離星球更近的半徑為r2的圓軌道上運(yùn)動(dòng)，此時(shí)登陸艙的質(zhì)量為m2，則( )2312121X2111 21222 132221314AX4BXCDrMGTrgTvm rrrvm rrrTTr 星

16、球的質(zhì)量為 星球表面的重力加速度為登陸艙在 與 軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度大小之比為登陸艙在半徑為 軌道上做圓周運(yùn)動(dòng)的周期為答案：AD【解析】根據(jù) 可知A正確不知星球本身半徑，不能求星球表面重力加速度，故B錯(cuò)登陸艙繞星球運(yùn)行速度 可得 ，故C錯(cuò)誤根據(jù)開普勒第三定律 ，所以D正確211 122114MmGm rrTGMvr1221vrvr22123312TTrr 類型五：飛行器或衛(wèi)星的變軌問題類型五：飛行器或衛(wèi)星的變軌問題 飛行器或衛(wèi)星由較低軌道進(jìn)入較高軌道，需加速做離心運(yùn)動(dòng)，進(jìn)入較高軌道穩(wěn)定運(yùn)行需進(jìn)一步加速【例5】(2011全國(guó)大綱卷)我國(guó)“嫦娥一號(hào)”探月衛(wèi)星發(fā)射后，先在“24小時(shí)軌道”上繞地球運(yùn)行(

17、即繞地球一圈需要24小時(shí))；然后，經(jīng)過(guò)兩次變軌依次到達(dá)“48小時(shí)軌道”和“72小時(shí)軌道”；最后奔向月球如果按圓形軌道計(jì)算，并忽略衛(wèi)星質(zhì)量的變化，則在每次變軌完成后與變軌前相比( )A衛(wèi)星動(dòng)能增大，引力勢(shì)能減小B衛(wèi)星動(dòng)能增大，引力勢(shì)能增大C衛(wèi)星動(dòng)能減小，引力勢(shì)能減小D衛(wèi)星動(dòng)能減小，引力勢(shì)能增大【解析】根據(jù)萬(wàn)有引力定律 可知，周期 ；線速度 ，即周期變長(zhǎng)，半徑變大，線速度變小，故動(dòng)能變小，軌道半徑r變大，引力做負(fù)功，引力勢(shì)能增大，所以D對(duì)，A、B、C錯(cuò)2222()MmvGmrmrTr32rTGMGMvr【答案】D【變式題】如圖148所示發(fā)射地球同步衛(wèi)星時(shí)，先將衛(wèi)星發(fā)射至近地圓軌道1，然后經(jīng)點(diǎn)火，使其沿橢圓軌道2運(yùn)行，最后再次點(diǎn)火，將衛(wèi)星送入同步圓軌道3.軌道1、2相切于Q點(diǎn)，軌道2、3相切于P點(diǎn)，則當(dāng)衛(wèi)星分別在1、2、3軌道上正常運(yùn)動(dòng)時(shí)，以下說(shuō)法正確的是( )圖148A衛(wèi)星在軌道3上的速率大于在軌道1上的速率B衛(wèi)星在軌道3上的角速度小于在軌道1上的角速度C衛(wèi)星在軌道1上經(jīng)過(guò)Q點(diǎn)時(shí)的加速度大于它在軌道2上經(jīng)過(guò)Q點(diǎn)時(shí)的加速度D衛(wèi)星在軌道2上經(jīng)過(guò)P點(diǎn)時(shí)的加速度等于它在軌道3上經(jīng)過(guò)P點(diǎn)時(shí)的加速度圖148答案：BD【解析】由于軌道1和3上的衛(wèi)星均做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，其萬(wàn)有引力提供向心力，由 知， ，則B正確由牛頓第二定律知： 則D正確故答案選BD.22GMmmrr3GMr2GMmmar