等时圆模型.docx

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1、“等时圆”模型的规律及应用等时圆模型（如图所示）二、等时圆规律：1、小球从圆的顶端沿光滑弦轨道静止滑下，滑到弦轨道与圆的交点的时间相等。（如图a）2、小球从圆上的各个位置沿光滑弦轨道静止滑下，滑到圆的底端的时间相等。（如图b）3、沿不同的弦轨道运动的时间相等，都等于小球沿竖直直径（d）自由落体的时间，即t=图一=2四（式中R为圆的半径。）OVgVg、g三、等时性的证明设某一条弦与水平方向的夹角为CC,圆的直径为d（如右图）。根据物体沿光滑弦作初速度为零的匀加速直线运动，加（At速度为a=gsin,位移为s=dsince,所以运动时间为KT/r2s12dsin12dBtagsing即沿各条弦运动

2、具有等时性，运动时间与弦的倾角、长短无关。四、应用等时圆模型解典型例题例1：如图1,通过空间任一点A可作无限多个斜面，若将若干个小物体从点A分别沿这些倾角各不相同的光滑斜面同时滑下，那么在同一时刻这些小物体所在位置所构成的面是（）A.球面B.抛物面C.水平面D.无法确定【解析】:由“等时圆”可知，同一时刻这些小物体应在同一“等时圆”上,所以A正确。例2：如图2,在斜坡上有一根旗杆长为1,现有一个小环从旗杆顶部沿一根光滑钢丝AB滑至斜坡底部，又知OB=10求小环从A滑到B的时间。【解析】：可以以0为圆心，以1为半径画一个圆。根据“等时圆”的规律可知，从滑到B的时间等于从A点沿直径到底端D的时间，

3、所以有例3：如图5所示，在同一竖直线上有A、B两点，相距为h,B点离地高度为H,现在要在地面上寻找一点P,使得从A、B两点分别向点P安放的光滑木板，满足物体从静止开始分别由A和B沿木板下滑到P点的时间相等，求0、P两点之间的距离OP-o解析：由“等时圆”特征可知，当A、B处于等时圆周上，且P点处于等时圆的最低点时,即能满足题设要求。如图6所示，此时等时圆的半径为:例4：如图7,AB是一倾角为0的输送带，P处为原料输入口，为避免粉尘飞扬，在P与AB输送带间建立一管道（假使光滑），使原料从P处以最短达输送带道与竖直角应为多的时间到上，则管方向的夹大？解析：借助“等时圆”，可以过P点的竖直线为半径作

4、圆，要求该圆与输送带AB相切，如图所示，C为切点，O为圆心。显然，沿着PC弦建立管道，原料从P处到达C点处的时间与沿其他弦到达“等时圆”的圆周上所用时间相等。因而，要使原料从P处到达输送带上所用时间最短，需沿着PC建立管道。由几何关系可得：PC与竖直方向间的夹角等于/2o三、“形似质异”问题的区分1、还是如图1的圆周，如果各条轨道不光滑，它们的摩擦因数均为U,小滑环分别从a、b、c处释放（初速为0）到达圆环底部的时间还等不等？解析：bd的长为2Rcos0，bd面上物体下滑的加速度为a=gcos-gsin,t=4Rcos9IIOUJ见I刁0句大。gcos9-gsin9,g-gtan92、如图9,

5、圆柱体的仓库内有三块长度不同的滑板a。、bO、c,其下端都固定于底部圆心0,而上端则搁在仓库侧壁，三块滑块与水平面的夹角依次为38、41、60。若有三个小孩同时从a、b、c处开始下滑（忽略阻力），则（）一_A、a处小孩最先到。点B、b处小孩最先到0点C、c处小孩最先到0点D、a、C处小孩同时到0点解析：三块滑块虽然都从同一圆柱面上下滑，但a、b、C三点不可能在同一竖直圆周上，所以下滑时间不一定相等。设圆柱底面半径P14R为R,则=-gsint2,t2=.当。=45。时，t最小，当cos92gsin29=30和66时，si2的值相等。例3：如图3,在设计三角形的屋顶时，为了使雨水能尽快地从屋顶流

6、下，并认为雨水是从静止开始由屋顶无摩擦地流动。试分析和解：在屋顶宽度（21）一定的条件下，屋顶的倾角应该多大？雨水流下的最短时间是多少？-1141gsin29cos92【解析】：-=gsint2,t2=：一次当=45o时，t最小训练1、如图所示,oa、ob、oc是竖直面内三根固定的光滑细杆,0、a、b、cd位于同一圆周上,d点为圆周的最高点,c点为最低点.每根杆上都套着一个小滑2、身体素质拓展训练中，人从竖直墙壁的顶点A沿光滑杆自由下滑倾斜的木板上（人可看做质点），若木板的倾斜角不同，人沿着三条不同路径AB、AC、AD滑到木板上的时间分别为tt2t3,若已知AB、AC、AD与板的夹角分别为70

7、。、90和105,贝IJ（）A.t1t2t3B.t1t2t2t3,故A定确；故选：N3、竖直正方形框内有三条光滑轨道OB、OC和OD,三轨道交于0点，且与水平方向的夹角分别为30、45,和601o现将甲、乙、丙三个可视为质点的小球同时从0点静止释放，分别沿OB、OC和OD运动到达斜面底端。则三小球到达斜面底端的先后次序是OAA.甲、乙、丙B.丙、乙、甲C.甲、丙同时到达，乙后到达D.不能确定三者到达的顺序M1=-1B为碑=占，那2=焉,乙下徽螂=I,地=扪瑞J=陋知,下消的时间甲5箫焉,乙下则始亳而雌高故丙最先，乙利后，甲最后，故正谴4、如图所示,地面上有一固定的球面,球半径为R,球面的斜上方

8、P处有一质点（P与球心0在同一竖直平面内）.已知p到球心0的距离为1,P到地面的垂直距离为H,现要使此质点从静止开始沿一光滑斜直轨道在最短时间内滑到球面上,求所需的最短时间.解：（1）求证:如图所示小球从竖直平面的半径为R,的圆的顶点,沿光滑轨道运动到任何方向圆外边缘,任取一条轨道PQ,PQ与水平面的夹角为,由三角关系得PQ的长度为:=2万疝小由牛顿第二定律得,沿光滑斜面下滑的加速度为:=9sin由位移时间公式得,运动时间：,V即运动时间与角度无关,故对应任何轨道的时间均相同.作图：以P为顶点作一半径为r的球面,使其与所给球面相切与Q,如图所示：由（1）可以知道右上圆内从P点到圆的外边缘的时间是相同的,故八？NX用时均长于PQ用时,则线段PQ即为所求的用时最短的轨道.解题:把上图转化如下:rofic由三角关系得:府H-HF=工(r)2=1r2-21rp联立以上两式计算得出:12-R22H由（1）知，运动时间:21/.-K-：答:所需的最短时间为2(1i-Ri)V-百