物理人教版必修二 第五章 第七節(jié)《生活中的圓周運動》課件

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歡迎進入物理課堂 第七節(jié)生活中的圓周運動 學習目標 1 會分析具體圓周運動問題中向心力的來源 能解決生活中的圓周運動問題 2 了解航天器中的失重現(xiàn)象及原因 3 了解離心運動及物體做離心運動的條件 知道離心運動的應用及危害 重點難點 利用物體做離心運動的條件分析 解決實際問題 一 鐵路的彎道 自主探究 火車轉彎時的向心力1 火車轉彎時的動力學分析火車轉彎時做的是圓周運動 因而具有向心加速度 需要提供向心力 2 發(fā)現(xiàn)問題如果轉彎處內外軌一樣高 則由外軌對輪緣的彈力提供向心力 這樣鐵軌和車輪極易受損 3 解決方案 1 轉彎處外軌 內軌 2 鐵軌對火車的支持力不是豎直向上的 而是斜向彎道的 略高于 內側 3 鐵軌對火車的支持力與火車所受重力的合力指向軌道的圓心 它提供了火車做圓周運動所需的向心力 成功發(fā)現(xiàn)在轉彎處外軌略高于內軌 火車所受支持力與所受重力的合力恰好等于向心力 鐵軌與輪緣之間 彈力 這樣就避免了鐵軌和車輪受損 沒有 二 拱形橋1 向心力來源汽車過拱形橋時做圓周運動 所需向心力由 和橋面的 提供 2 拱形橋上的受力特點 1 汽車在凸形橋的最高點時 如圖5 7 1所示 重力 支持力 注意 汽車運動到凸形橋的最高點時處于失重狀態(tài) 運動到凹形橋的最低點時處于超重狀態(tài) 完全失重 完全失重 注意 把航天器失重的原因說成是它離地球太遠 從而擺脫了地球引力 是完全錯誤的 四 離心運動1 定義 在向心力突然消失或合力不足以提供所需的向心力時 物體沿 飛出或做 的運動 2 應用 洗衣機脫水桶 紡織廠和煉鋼廠也常采用離心技術 切線 逐漸遠離圓心 圖5 7 3 2 明確圓周平面雖然外軌高于內軌 但整個外軌和整個內軌都是等高的 因而火車在行駛的過程中重心的軌跡在同一水平面內 故火車的向心加速度和向心力均是沿水平面而指向圓心的 3 速度與軌道壓力的關系 1 當v v0時 所需向心力僅由重力和彈力的合力提供 此時內外軌道對輪緣無擠壓作用 2 當v v0時 外軌道對輪緣有側壓力 3 當v v0時 內軌道對輪緣有側壓力 特別提醒 汽車 摩托車賽道拐彎處 高速公路轉彎處設計成外高內低 也是盡量使車受到的重力和支持力的合力提供向心力 以減小車輪受到地面施加的側向摩擦力 鐵路轉彎的圓弧半徑是300m 軌距是1435mm 規(guī)定火車通過這里的速度是72km h 內外軌的高度差該是多大時才能使鐵軌不受輪緣的擠壓 保持內外軌的這個高度差 如果車的速度大于或小于72km h 會分別發(fā)生什么現(xiàn)象 說明理由 思路點撥 求解該題應把握以下兩點 1 火車轉彎的向心力由重力和支持力的合力提供 2 vv0外側輪緣受擠壓 精講精析 1 火車在轉彎時所需的向心力在 臨界 狀態(tài)時由火車所受的重力和軌道對火車的支持力的合力提供 如圖5 7 4所示 圖中h為內外軌的高度差 d為軌距 圖5 7 4 2 如果車速v 72km h 20m s F將小于需要的向心力 所差的需由外軌對輪緣的彈力來彌補 這樣會出現(xiàn)外側車輪向外擠壓外軌的現(xiàn)象 如果車速v 72km h F將大于需要的向心力 超出的則由內軌對內側車輪輪緣的壓力來平衡 這樣就出現(xiàn)內側車輪的輪緣向內擠壓內軌的現(xiàn)象 答案 1 0 195m 2 見精講精析 名師點評 1 火車以規(guī)定速度通過彎道時 是由重力與支持力的合力提供向心力 其合力沿水平方向指向圓心 2 車輛在水平路面上轉彎時 摩擦力提供向心力 變式訓練1 在高速公路的拐彎處 路面造得外高內低 即當車向右拐彎時 則左側的路面比右側的要高一些 路面與水平面間的夾角為 設拐彎路段是半徑為R的圓弧 要使車速為v時車輪與路面之間的橫向 即垂直于前進方向 摩擦力等于零 應滿足 如圖5 7 6所示 質量m 2 0 104kg的汽車以不變的速率先后駛過凹形橋面和凸形橋面 兩橋面的圓弧半徑均為60m 如果橋面承受的壓力不得超過3 0 105N 則 圖5 7 6 1 汽車允許的最大速率是多少 2 若以所求速度行駛 汽車對橋面的最小壓力是多少 g取10m s2 思路點撥 首先判斷汽車在何位置對路面的壓力最大 最小 然后利用向心力公式求解 變式訓練2 2012 大同一中高一月考 飛行員的質量為m 駕駛飛機在豎直平面內以速率v做半徑為r勻速圓周運動 在其運動圓周的最高點和最低點 飛行員對座椅產生的壓力是 A 在最低點比最高點大2mv2 rB 相等C 在最低點比最高點大2mgD 在最高點的壓力大些 1 離心運動的實質離心運動實質是物體慣性的表現(xiàn) 做圓周運動的物體 總有沿著圓周切線飛出去的趨向 之所以沒有飛出去 是因為受到向心力作用的緣故 從某種意義上說 向心力的作用是不斷地把物體從圓周運動的切線方向拉到圓周上來 一旦作為向心力的合外力突然消失或不足以提供向心力 物體就會發(fā)生離心運動 2 合外力與向心力的關系 如圖5 7 7所示 圖5 7 7 特別提醒 1 離心運動并不是受到離心力的作用產生的運動 2 離心運動并不是沿半徑方向向外遠離圓心的運動 如圖5 7 8所示 高速公路轉彎處彎道圓半徑R 50m 汽車輪胎與路面間的最大靜摩擦力是車重的0 8倍 若路面是水平的 問汽車轉彎時不發(fā)生徑向滑動 離心現(xiàn)象 所許可的最大速率vm為多大 當超過vm時 將會出現(xiàn)什么現(xiàn)象 g 10m s2 圖5 7 8 答案 72km h汽車發(fā)生側滑或出現(xiàn)翻車 變式訓練3 下列關于離心現(xiàn)象的說法正確的是 A 當物體所受離心力大于向心力時產生離心現(xiàn)象B 做勻速圓周運動的物體 當它所受的一切力都消失時 它將做背離圓心的運動C 做勻速圓周運動的物體 當它所受的一切力都消失時 它將沿切線做直線運動D 做勻速圓周運動的物體 當它所受的一切力都消失時 它將做曲線運動 解析 選C 做勻速圓周運動的物體的向心力是效果力 產生離心現(xiàn)象的原因是F合 mr 2 或是F合 0 F突然消失 故A項錯 當F 0時 根據(jù)牛頓第一定律 物體從這時起沿切線做勻速直線運動 故C項對 B D項錯 豎直平面內圓周運動的臨界問題物體在豎直平面內做變速圓周運動的問題 中學物理中只研究物體通過最高點和最低點的情況 并且經常出現(xiàn)臨界狀態(tài) 下面對臨界問題做簡要分析 2 能過最高點的條件 v v臨 3 不能通過最高點的條件 v v臨 實際上物體在到達最高點之前就脫離了圓軌道 圖5 7 9 經典案例 9分 一細桿與水桶相連 水桶中裝有水 水桶與細桿一起在豎直平面內做圓周運動 如圖5 7 11所示 水的質量m 0 5kg 水的重心到轉軸的距離l 60cm 圖5 7 11 1 若在最高點水不流出來 求桶的最小速率 2 若在最高點的水桶速率v 3m s 求水對桶底的壓力 g取9 8m s2 思路點撥 以水桶中的水為研究對象 在最高點水恰好不流出來 說明水的重力恰好提供其做圓周運動所需的向心力 此時桶的速率最小 答案 1 2 42m s 2 2 6N方向豎直向上 同學們 來學校和回家的路上要注意安全 同學們 來學校和回家的路上要注意安全