圆周运动临界问题专题

专题：圆周运动中的临界问题一、竖直平面内的圆周运动竖直面内圆周运动的临界问题分析对于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，并伴有“最大”“最小”“刚好”等词语，常分析两种模型——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特点一、竖直平面内的圆周运动在最高点时，没有物体支撑，只能产生拉力轻杆对小球既能产生拉力，又能产生支持力圆周运动的临界问题1.竖直平面内的圆周运动①轻绳模型：能过最高点的临界条件：RgvmmgR临界2小球在最高点时绳子的拉力刚好等于0，小球的重力充当圆周运动所需的向心力。1、轻绳模型（1）小球能过最高点的临界条件：绳子和轨道对小球刚好没有力的作用：（2）小球能过最高点条件：（3）不能过最高点条件：（实际上球还没有到最高点时，就脱离了轨道）RgvmmgR临界2rgvrgvrgv（当时，绳对球产生拉力，轨道对球产生压力）圆周运动的临界问题1.竖直平面内的圆周运动②轻杆模型：能过最高点的临界条件：0＝临界v1、轻杆模型rgvrgv杆与绳不同，它既能产生拉力，也能产生压力①能过最高点v临界＝0，此时支持力N＝mg；rgv0②当时，N为支持力，有0＜N＜mg，且N随v的增大而减小；③当时，N＝0；④当，N为拉力，有N＞0，N随v的增大而增大结论：物体在没有支撑物时:在竖直平面内做圆周运动过最高点的临界条件是：物体的重力提供向心力即临界速度是：在其它位置要能做圆周运动，也必须满足F供=F需。物体在有支撑物时，物体恰能达到最高点的v临界=0rvmmg20grv0例1（99年高考题）如图4所示，细杆的一端与一小球相连，可绕过O的水平轴自由转动。现给小球一初速度，使它做圆周运动。图中a、b分别表示小球轨道的最低点和最高点，则杆对球作用力可能是（）A、a处为拉力，b处为拉力B、a处为拉力，b处为推力C、a处为推力，b处为拉力D、a处为推力，b处为推力abA、B例2长度为L＝0.5m的轻质细杆OA，A端有一质量为m＝3.0kg的小球，如图5所示，小球以O点为圆心在竖直平面内做圆周运动，通过最高点时小球的速率是2.0m／s，g取10m／s2，则此时细杆OA受到（）A、6.0N的拉力B、6.0N的压力C、24N的拉力D、24N的压力B例3：长L＝0.5m，质量可以忽略的的杆，其下端固定于O点，上端连接着一个质量m＝2kg的小球A，A绕O点做圆周运动（同图5），在A通过最高点，试讨论在下列两种情况下杆的受力：①当A的速率v1＝1m／s时:②当A的速率v2＝4m／s时:如图6-11-9所示，固定在竖直平面内的光滑圆弧形轨道ABCD，其A点与圆心等高，D点为轨道最高点，DB为竖直线，AC为水平线，AE为水平面，今使小球自A点正上方某处由静止释放，且从A点进入圆形轨道运动，通过适当调整释放点的高度，总能保证小球最终通过最高点D，则小球在通过D点后（）A．会落到水平面AE上B．一定会再次落到圆轨道上C．可能会落到水平面AE上D．可能会再次落到圆轨道上A二、在水平面内作圆周运动的临界问题在水平面上做圆周运动的物体，当角速度ω变化时，物体有远离或向着圆心运动的（半径有变化）趋势。这时，要根据物体的受力情况，判断物体受某个力是否存在以及这个力存在时方向朝哪（特别是一些接触力，如静摩擦力、绳的拉力等）。例如图6所示，两绳系一质量为m＝0.1kg的小球，上面绳长L＝2m，两端都拉直时与轴的夹角分别为30°与45°，问球的角速度在什么范围内，两绳始终张紧，当角速度为3rad／s时，上、下两绳拉力分别为多大？