0  120724  120732  120738  120742  120748  120750  120754  120760  120762  120768  120774  120778  120780  120784  120790  120792  120798  120802  120804  120808  120810  120814  120816  120818  120819  120820  120822  120823  120824  120826  120828  120832  120834  120838  120840  120844  120850  120852  120858  120862  120864  120868  120874  120880  120882  120888  120892  120894  120900  120904  120910  120918  447090 

3.物体做匀速圆周运动时,如果向心力突然消失,则下列说法正确的是( )

A.物体将继续在原来的圆周上运动

B.物体将沿着圆周的切线方向飞出去

C.物体将沿着切线和圆周之间的某一条曲线向远离圆心的方向运动

D.以上说法均不对

解析:选B 做匀速圆周运动的物体,任一位置的速度方向均沿该点圆周的切线方向。当向心力突然消失时,物体由于具有惯性,将沿圆周的切线方向飞出去,故B项正确。

 


传动装置问题

[命题分析] 传动装置问题考查了圆周运动各物理量的关系,在高考中常被考查到,考查的题型一般为选择题。

[例1] 如图4-3-4所示,一种向自行车车灯供电的小发电机的上端有一半径r0=1.0 cm的摩擦小轮,小轮与自行车车轮的边沿接触。当车轮转动时,因摩擦而带动小轮转动,从而为发电机提供动力。自行车车轮的半径R1=35 cm,小齿轮的半径R2=4.0 cm,大齿轮的半径R3=10.0 cm。求大齿轮的转速n1和摩擦小轮的转速n2之比。(假定摩擦小轮与自行车车轮之间无相对滑动)

图4-3-4

[解析] 大小齿轮间、摩擦小轮和车轮之间和皮带传动原理相同,两轮边沿各点的线速度大小相等,由v=2πnr可知转速n和半径r成反比;小齿轮和车轮同轴转动,两轮上各点的转速相同。大齿轮与小齿轮转速之间的关系为:n1nR2R3。车轮与小齿轮之间的转速关系为:nn。车轮与摩擦小轮之间的关系为:nn2r0R1。由以上各式可解出大齿轮和摩擦小轮之间的转速之比为:n1n2=2∶175。

[答案] 2∶175

[变式训练]

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2.近心运动

当提供向心力的合力大于做圆周运动所需向心力时,即F>2r,物体将逐渐靠近圆心,做近心运动。

(1)物体做离心运动并非物体受到所谓离心力作用,而是物体惯性的表现。

(2)物体做离心运动时,并非沿半径方向飞出,而是运动半径越来越大或沿切线方向飞出。

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1.离心运动

(1)定义:做圆周运动的物体,在所受合力突然消失或不足以提供圆周运动所需向心力的情况下,所做的逐渐远离圆心的运动。

图4-3-3

(2)本质:做圆周运动的物体,由于本身的惯性,总有沿着圆周切线方向飞出去的倾向。

(3)受力特点:

①当F2r时,物体做匀速圆周运动;

②当F=0时,物体沿切线方向飞出;

③当F<2r时,物体逐渐远离圆心,做离心运动。

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2.如图4-3-2所示,某物体沿光滑圆弧轨道由最高点滑到最低点过程中,物体的速率逐渐增大,则( )

图4-3-2

A.物体的合外力为零

B.物体的合力大小不变,方向始终指向圆心O

C.物体的合外力就是向心力

D.物体的合力方向始终与其运动方向不垂直(最低点除外)

解析:选D 物体做加速曲线运动,合力不为零,A错;物体做速度大小变化的圆周运动,合力不指向圆心,合力沿半径方向的分力等于向心力,合力沿切线方向的分力使物体速度变大,即除在最低点外,物体的速度方向与合外力的方向夹角为锐角,合力与速度不垂直,B、C错,D对。


离心运动和近心运动

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2.非匀速圆周运动

(1)定义:线速度大小、方向均发生变化的圆周运动。

(2)合力的作用:

①合力沿速度方向的分量Ft产生切向加速度,

Ftmat,它只改变速度的大小

②合力沿半径方向的分量Fn产生向心加速度,

Fnman,它只改变速度的方向

竖直面内圆周运动问题分析

物体在竖直面内做的圆周运动是一种典型的变速曲线运动,该类运动常有临界问题,并有“最大”、“最小”、“刚好”等词语,常有两种模型——轻绳模型和轻杆模型,分析比较如下:

 
轻绳模型
轻杆模型
常见类型


过最高点的临界条件

由小球能运动即可,得v=0
讨论分析
(1)过最高点时,v≥,FNmgm,绳、轨道对球产生弹力FN
(2)不能过最高点时v<,在到达最高点前小球已经脱离了圆轨道
(1)当v=0时,FNmgFN为支持力,沿半径背离圆心
(2)当0<v<时,-FNmgmFN背离圆心且随v的增大而减小
(3)当v=时,FN=0
(4)当v>时,FNmgmFN指向圆心并随v的增大而增大

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1.匀速圆周运动

(1)定义:线速度大小不变的圆周运动。

(2)性质:向心加速度大小不变,方向总是指向圆心的变加速曲线运动。

(3)质点做匀速圆周运动的条件:

合力大小不变,方向始终与速度方向垂直且指向圆心。

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1.如图4-3-1所示,甲、乙、丙三个轮子依靠摩擦传动,相互之间不打滑,其半径分别为r1r2r3。若甲轮的角速度为ω1,则丙轮的角速度为( )

图4-3-1

A.          B.

C.                     D.

解析:选A 本题相当于皮带轮的连接,各个轮边缘的线速度大小相同。即v1ω1r1v2ω2r2v3ω3r3,故A选项正确。


匀速圆周运动和非匀速圆周运动

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2.用动力学方法解决圆周运动中的问题

(1)向心力的来源:向心力是按力的作用效果命名的,可以是重力、弹力、摩擦力等各种力,也可以是几个力的合力或某个力的分力,因此在受力分析中要避免再另外添加一个向心力。

(2)向心力的确定:

①确定圆周运动的轨道所在的平面,确定圆心的位置。

②分析物体的受力情况,找出所有的力,沿半径方向指向圆心的合力就是向心力。

(3)解决圆周运动问题的主要步骤:

①审清题意,确定研究对象;

②分析物体的运动情况,即物体的线速度、角速度、周期、轨道平面、圆心、半径等;

③分析物体的受力情况,画出受力示意图,确定向心力的来源;

④根据牛顿运动定律及向心力公式列方程;

⑤求解、讨论。

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1.在传动装置中各物理量的关系

(1)同一转轴的各点角速度ω同,而线速度vωr与半径r成正比,向心加速度大小an2与半径r成正比。

(2)当皮带不打滑时,传动皮带、用皮带连接的两轮边缘上各点的线速度大小相等,两皮带轮上各点的角速度、向心加速度关系可根据ω=、an=确定。

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23.[解题思路](1)①平衡好小车所受的阻力,小车做匀速运动,打点计时器打出的点间隔基本相等⑥根据牛顿第二定律可知,m为一次函数关系,是线性关系。(2)(i)为保证小车所受拉力近似不变,应满足小吊盘和盘中物块的质量之和远小于小车的质量。(ii)由可知,,由图可读出,换算后代入上式中,得(iii)设小车质量为M,由牛顿第二定律可得:,结合图象可知,

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同步练习册答案