2019_2020学年高中物理第五章曲线运动习题课5圆周运动的临界问题随堂巩固含解析新人教版必修2
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高中物理中的圆周运动是物理学的一个重要概念,尤其在处理曲线运动时不可或缺。圆周运动涉及到物体在圆形路径上的运动,其中向心力是关键因素,它保证了物体沿着曲线而不是直线运动。在这个主题中,我们关注的是临界问题,也就是物体在圆周运动过程中处于最边缘状态的情况。 我们要理解向心力的概念。向心力是指在圆周运动中,促使物体沿半径方向改变速度方向的力。在地球上的例子中,重力可以作为向心力使物体保持在地球表面附近做圆周运动。对于在竖直平面内做圆周运动的小球,如果仅受重力作用,小球通过最高点时的最小速度称为临界速度。这个临界速度为v=√(gR),其中g是重力加速度,R是圆周的半径。当小球的速度低于这个临界速度时,它无法完成圆周运动,会脱离轨道。 在第一道题中,提到了轻绳类问题。轻绳在最高点对小球的作用力可以为零,这时小球的速度就是临界速度v=√(gR)。如果速度小于这个值,轻绳会产生向上的拉力以提供所需的向心力,但不会产生与重力方向相反的力。因此,选项A和C是正确的,而B和D是错误的。 接着,第二题涉及到光滑圆轨道内的小球。小球在最高点时刚好不脱离轨道,意味着在这一点,重力完全提供向心力,没有其他力作用。所以,小球的线速度v=√(gR),向心加速度a=g,选项B、C和D正确。 第三题涉及轻杆类问题,轻杆可以提供拉力或支持力。在最高点,如果小球速度足够大(v>√(gR)),杆会对小球施加向内的拉力;反之,如果速度较小(v≤√(gR)),杆会施加向外的支持力。选项A和B描述正确,但C和D描述的是杆对小球力的变化趋势,C是错误的,因为速度增大时,杆的拉力应增大;D是正确的,速度减小时,杆的支持力会增大。 第四题中,小球在最高点对圆管外壁的压力等于mg,这意味着在这一点,小球的向心力等于重力,速度v=√(gR)。当速度减小时,小球需要圆管内壁的支持力来提供向心力。如果小球以v'通过最高点,且v'<√(gR),则小球对圆管内壁的压力等于mg。因此,选项D是正确的。 总结来说,这些题目涉及了圆周运动中的临界速度、向心力、轻绳和轻杆对物体的影响,以及在不同速度下物体在圆轨道上的受力分析。理解和掌握这些知识点对于解决此类物理问题至关重要。
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