专题圆周运动临界.doc

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1、第四章专题：圆周运动的临界问题一、　水平面内圆周运动的临界问题　水平面内圆周运动的临界极值问题通常有两类，一类是与摩擦力有关的临界问题，一类是与弹力有关的临界问题。1．与摩擦力有关的临界极值问题物体间恰好不发生相对滑动的临界条件是物体间恰好达到最大静摩擦力，如果只是摩擦力提供向心力，则有Fm＝，静摩擦力的方向一定指向圆心；如果除摩擦力以外还有其他力，如绳两端连物体，其中一个在水平面上做圆周运动时，存在一个恰不向内滑动的临界条件和一个恰不向外滑动的临界条件，分别为静摩擦力达到最大且静摩擦力的方向沿半径背离圆心和沿半径指向圆心。例题1、如图所示，水平转盘上

2、放有质量为m的物块，当物块到转轴的距离为r时，连接物块和转轴的绳刚好被拉直(绳上张力为零)．物块和转盘间最大静摩擦力是其正压力的μ倍．求：(1)当转盘的角速度ω1＝时，细绳的拉力F1；(2)当转盘的角速度ω2＝时，细绳的拉力F2.【巩固训练】1如图所示，在匀速转动的圆盘上，沿半径方向放置以细线相连的质量均为m的A、B两个小物块，A离轴心r1＝20cm，B离轴心r2＝30cm，A、B与盘面间相互作用的最大静摩擦力为其重力的0.4倍．求：(1)若细线上没有张力，圆盘转动的角速度ω应满足什么条件？(2)欲使A、B与盘面间不发生相对滑动，则盘转动的最大角速度多

3、大？(3)当圆盘转速达到A、B刚好不滑动时，烧断细绳，则A、B将怎样运动？(g取10m/s2)2．与弹力有关的临界极值问题压力、支持力的临界条件是物体间的弹力恰好为零；绳上拉力的临界条件是绳恰好拉直且其上无弹力或绳上拉力恰好为最大承受力等。例题2、如图所示，在光滑的圆锥体顶端用长为l的细线悬挂一质量为m的小球．圆锥体固定在水平面上不动，其轴线沿竖直方向，母线与轴线之间的夹角为30˚.小球以速度v绕圆锥体轴线在水平面内做匀速圆周运动．(1)当v1＝时，求线对小球的拉力；(2)当v2＝时，求线对小球的拉力．【巩固训练】2．铁轨转弯处的弯道半径r是根据地形决

4、定的．弯道处要求外轨比内轨高，其内、外轨高度差h的设计不仅与r有关，还取决于火车在弯道上的行驶速率．下表是铁路设计人员技术手册中弯道半径r及与之对应的轨道的高度差h.已知h·r＝33。(1)铁路建成后，火车通过弯道时，为保证绝对安全，要求内、外轨道均不向车轮施加侧向压力，又已知我国铁路内、外轨的间距设计值为l＝1435mm，结合表中数据，算出我国火车的转弯速率v(以km/h为单位，结果取整数；路轨倾角很小时，正弦值按正切值处理)；(2)随着人们生活节奏加快，对交通运输的快捷提出了更高的要求．为了提高运输能力，国家对铁路不断进行提速，这就要求铁路转弯速率

5、也需要提高．请根据上述计算原理和上述表格分析提速时应采取怎样的有效措施．二　竖直平面内圆周运动的“轻绳、轻杆”模型1．“轻绳”模型和“轻杆”模型不同的原因在于“轻绳”只能对小球产生拉力，而“轻杆”既可对小球产生拉力也可对小球产生支持力。2．有关临界问题出现在变速圆周运动中，竖直平面内的圆周运动是典型的变速圆周运动，一般情况下，只讨论最高点和最低点的情况。见资料。例题3、现有一根长L＝1m的轻绳，其一端固定于O点，另一端系着质量m＝0.5kg的小球(可视为质点)，将小球提至O点正上方的A点处，此时绳刚好伸直且无张力，如图所示．不计空气阻力，g取10m/s

6、2，则：(1)为保证小球能在竖直面内做完整的圆周运动，在A点至少应施加给小球多大的水平速度？(2)在小球以速度v1＝4m/s水平抛出的瞬间，绳中的张力为多少？(3)在小球以速度v2＝1m/s水平抛出的瞬间，绳中若有张力，求其大小；若无张力，试求绳子再次伸直时所经历的时间．【巩固训练】3如图所示，桥面为圆弧形的立交桥AB，横跨在水平路面上，桥高h，长为L＝10h．可以认为桥的两端A、B与水平路面的连接处是平滑的．一辆质量为m的小汽车冲上圆弧形的立交桥，到达桥顶时的速度为.重力加速度为g。试计算：(1)小汽车在桥顶处对桥面的压力的大小；(2)若小车在桥顶处

7、的速度为≤≤时，小车过项后将如何运动？训练题1．(多选)如图所示，在匀速转动的水平圆盘上，沿半径方向放着用细线相连的质量均为m的两个物体A和B，它们分居圆心两侧，与圆心距离分别为RA＝r，RB＝2r，与盘间的动摩擦因数μ相同，当圆盘转速加快到两物体刚好还未发生滑动时，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，下列说法正确的是(　　)A．此时绳子张力为3μmgB．此时圆盘的角速度为C．此时A所受摩擦力方向沿半径指向圆外D．此时烧断绳子，A仍相对盘静止，B将做离心运动2．如图所示，一倾斜的匀质圆盘绕垂直于盘面的固定对称轴以恒定角速度ω转动，盘面上离转轴距离2.5m处有一

8、小物体与圆盘始终保持相对静止。物体与盘面间的动摩擦因数为(设最大静摩擦力等于滑动摩擦力)，盘面