高中物理第4章第4節(jié)向心力的實(shí)例分析離心運(yùn)動(dòng)ppt課件

1、考向三考向三第第4章章考向一考向一了解了解教材教材新知新知第第3、4節(jié)節(jié)把握把握熱點(diǎn)熱點(diǎn)考向考向運(yùn)用創(chuàng)運(yùn)用創(chuàng)新演練新演練考向二考向二知識(shí)點(diǎn)一知識(shí)點(diǎn)一知識(shí)點(diǎn)二知識(shí)點(diǎn)二隨堂根底穩(wěn)定隨堂根底穩(wěn)定課時(shí)跟蹤訓(xùn)練課時(shí)跟蹤訓(xùn)練知識(shí)點(diǎn)三知識(shí)點(diǎn)三返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回靜摩擦力靜摩擦力轉(zhuǎn)彎時(shí)的向心力實(shí)例分析轉(zhuǎn)彎時(shí)的向心力實(shí)例分析支持力支持力圖圖431圖圖432返回返回 1弄清火車(chē)輪緣構(gòu)造弄清火車(chē)輪緣構(gòu)造 火車(chē)的車(chē)輪有凸出的輪緣，且火車(chē)在軌火車(chē)的車(chē)輪有凸出的輪緣，且火車(chē)在軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)，車(chē)輪上有凸出輪緣的一邊在兩道上運(yùn)動(dòng)時(shí)，車(chē)輪上有凸出輪緣的一邊在兩軌道內(nèi)側(cè)，這種構(gòu)造特點(diǎn)，主要是限制火車(chē)軌道內(nèi)側(cè)，這

2、種構(gòu)造特點(diǎn)，主要是限制火車(chē)運(yùn)轉(zhuǎn)的軌跡，防止脫軌，如圖運(yùn)轉(zhuǎn)的軌跡，防止脫軌，如圖433所示。所示。 (3)飛機(jī)飛機(jī)(或飛鳥(niǎo)或飛鳥(niǎo))轉(zhuǎn)彎受力如圖轉(zhuǎn)彎受力如圖432所示，向心力由空所示，向心力由空氣作用力氣作用力F和重力和重力mg的的 提供。提供。合力合力圖圖433返回返回 2明確圓周平面明確圓周平面 雖然外軌高于內(nèi)軌，但整個(gè)外軌是等雖然外軌高于內(nèi)軌，但整個(gè)外軌是等高的，整個(gè)內(nèi)軌是等高的。因此火車(chē)在行高的，整個(gè)內(nèi)軌是等高的。因此火車(chē)在行駛的過(guò)程中，重心的高度不變，即火車(chē)重駛的過(guò)程中，重心的高度不變，即火車(chē)重心的軌跡在同一程度面內(nèi)。故火車(chē)的圓周心的軌跡在同一程度面內(nèi)。故火車(chē)的圓周平面是程度面，而不是斜

3、面如圖平面是程度面，而不是斜面如圖434所所示。即火車(chē)的向心加速度和向心力均是沿程度面指向圓心。示。即火車(chē)的向心加速度和向心力均是沿程度面指向圓心。 3內(nèi)外軌道的壓力分析內(nèi)外軌道的壓力分析 由動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)分析可知轉(zhuǎn)彎速度與轉(zhuǎn)彎半徑、彎道的傾由動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)分析可知轉(zhuǎn)彎速度與轉(zhuǎn)彎半徑、彎道的傾角的關(guān)系為角的關(guān)系為v02rgtan，可見(jiàn)，最正確情況是由，可見(jiàn)，最正確情況是由v0、r、共同決議的。共同決議的。圖圖434返回返回返回返回1火車(chē)在轉(zhuǎn)彎時(shí)，關(guān)于向心力的分析，正確的選項(xiàng)是火車(chē)在轉(zhuǎn)彎時(shí)，關(guān)于向心力的分析，正確的選項(xiàng)是()A由于火車(chē)本身作用而產(chǎn)生了向心力由于火車(chē)本身作用而產(chǎn)生了向心力B主要是由于內(nèi)外軌

4、的高度差的作用，車(chē)身略有傾主要是由于內(nèi)外軌的高度差的作用，車(chē)身略有傾 斜，車(chē)身所受重力的分力產(chǎn)生了向心力斜，車(chē)身所受重力的分力產(chǎn)生了向心力C火車(chē)在轉(zhuǎn)彎時(shí)的速率小于規(guī)定速率時(shí)，內(nèi)軌將給火車(chē)在轉(zhuǎn)彎時(shí)的速率小于規(guī)定速率時(shí)，內(nèi)軌將給 火車(chē)側(cè)壓力，側(cè)壓力就是向心力火車(chē)側(cè)壓力，側(cè)壓力就是向心力D火車(chē)在轉(zhuǎn)彎時(shí)的速率大于規(guī)定速率時(shí)，外軌將給火車(chē)在轉(zhuǎn)彎時(shí)的速率大于規(guī)定速率時(shí)，外軌將給 火車(chē)側(cè)壓力，側(cè)壓力作為火車(chē)轉(zhuǎn)彎時(shí)向心力的一火車(chē)側(cè)壓力，側(cè)壓力作為火車(chē)轉(zhuǎn)彎時(shí)向心力的一 部分部分返回返回解析：火車(chē)正常轉(zhuǎn)彎時(shí)，重力和支持力的合力提供向心力，解析：火車(chē)正常轉(zhuǎn)彎時(shí)，重力和支持力的合力提供向心力，故故A、B錯(cuò)誤。當(dāng)轉(zhuǎn)彎速

5、率大于規(guī)定速率時(shí)，外軌對(duì)火車(chē)錯(cuò)誤。當(dāng)轉(zhuǎn)彎速率大于規(guī)定速率時(shí)，外軌對(duì)火車(chē)有側(cè)壓力作用；當(dāng)轉(zhuǎn)彎速率小于規(guī)定速率時(shí)，內(nèi)軌對(duì)火車(chē)有側(cè)壓力作用；當(dāng)轉(zhuǎn)彎速率小于規(guī)定速率時(shí)，內(nèi)軌對(duì)火車(chē)有側(cè)壓力作用，此時(shí)，火車(chē)轉(zhuǎn)彎所需的向心力是重力、支有側(cè)壓力作用，此時(shí)，火車(chē)轉(zhuǎn)彎所需的向心力是重力、支持力和側(cè)壓力的合力來(lái)提供，故持力和側(cè)壓力的合力來(lái)提供，故C錯(cuò)誤，錯(cuò)誤，D正確。正確。答案：答案：D返回返回豎直平面內(nèi)圓周運(yùn)動(dòng)實(shí)例分析豎直平面內(nèi)圓周運(yùn)動(dòng)實(shí)例分析1汽車(chē)過(guò)拱形橋汽車(chē)過(guò)拱形橋內(nèi)容內(nèi)容項(xiàng)目項(xiàng)目汽車(chē)過(guò)凸形橋汽車(chē)過(guò)凸形橋汽車(chē)過(guò)凹形橋汽車(chē)過(guò)凹形橋向心力向心力返回返回Nmg小于小于mgN大于大于返回返回NmgNmg圖圖435返回

6、返回 豎直平面內(nèi)圓周運(yùn)動(dòng)的兩種模型分析豎直平面內(nèi)圓周運(yùn)動(dòng)的兩種模型分析 (1)繩模型：繩模型： 如圖如圖436所示，沒(méi)有物體支撐的小球，在繩或軌道所示，沒(méi)有物體支撐的小球，在繩或軌道的約束下，在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)經(jīng)過(guò)最高點(diǎn)的情況：的約束下，在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)經(jīng)過(guò)最高點(diǎn)的情況：圖圖436返回返回返回返回圖圖437(2)桿模型：桿模型：返回返回2.乘坐游樂(lè)園的過(guò)山車(chē)時(shí)，質(zhì)量為乘坐游樂(lè)園的過(guò)山車(chē)時(shí)，質(zhì)量為m的人的人 隨車(chē)在豎直平面內(nèi)沿圓周軌道運(yùn)動(dòng)，隨車(chē)在豎直平面內(nèi)沿圓周軌道運(yùn)動(dòng)， 如圖如圖438所示。以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是所示。以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是 () A車(chē)在最高點(diǎn)時(shí)人處于倒坐形狀，全靠保險(xiǎn)帶

7、拉住，假車(chē)在最高點(diǎn)時(shí)人處于倒坐形狀，全靠保險(xiǎn)帶拉住，假設(shè)設(shè) 沒(méi)有保險(xiǎn)帶，人一定會(huì)掉下去沒(méi)有保險(xiǎn)帶，人一定會(huì)掉下去 B人在最高點(diǎn)時(shí)對(duì)座位仍能夠產(chǎn)生壓力，但壓力一定小人在最高點(diǎn)時(shí)對(duì)座位仍能夠產(chǎn)生壓力，但壓力一定小 于于mg C人在最低點(diǎn)時(shí)處于失重形狀人在最低點(diǎn)時(shí)處于失重形狀 D人在最低點(diǎn)時(shí)對(duì)座位的壓力大于人在最低點(diǎn)時(shí)對(duì)座位的壓力大于mg圖圖438返回返回答案：答案： D返回返回離離 心心 運(yùn)運(yùn) 動(dòng)動(dòng) (1)做圓周運(yùn)動(dòng)的物體，在遭到的合外力忽然消逝或者做圓周運(yùn)動(dòng)的物體，在遭到的合外力忽然消逝或者 提供圓周運(yùn)動(dòng)所需求的向心力的情況下，將提供圓周運(yùn)動(dòng)所需求的向心力的情況下，將 運(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)稱(chēng)為離心運(yùn)動(dòng)

8、。運(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)稱(chēng)為離心運(yùn)動(dòng)。 (2)在實(shí)踐中，利用離心景象任務(wù)的機(jī)械叫做在實(shí)踐中，利用離心景象任務(wù)的機(jī)械叫做 ，生活中常見(jiàn)的有離心枯燥器、脫水筒等。生活中常見(jiàn)的有離心枯燥器、脫水筒等。 (3)離心運(yùn)動(dòng)的危害及防止：飛機(jī)攀高或翻飛旋轉(zhuǎn)時(shí)，出離心運(yùn)動(dòng)的危害及防止：飛機(jī)攀高或翻飛旋轉(zhuǎn)時(shí)，出現(xiàn)現(xiàn) 景象，可以經(jīng)過(guò)加強(qiáng)訓(xùn)練提高飛行員的抗荷才干。景象，可以經(jīng)過(guò)加強(qiáng)訓(xùn)練提高飛行員的抗荷才干。車(chē)輛轉(zhuǎn)彎時(shí)易出現(xiàn)交通事故，拐彎時(shí)應(yīng)車(chē)輛轉(zhuǎn)彎時(shí)易出現(xiàn)交通事故，拐彎時(shí)應(yīng) 行車(chē)速度。行車(chē)速度。缺乏以缺乏以遠(yuǎn)離圓遠(yuǎn)離圓心心過(guò)荷過(guò)荷離心機(jī)械離心機(jī)械放慢放慢返回返回 1離心運(yùn)動(dòng)的本質(zhì)離心運(yùn)動(dòng)的本質(zhì) 離心運(yùn)動(dòng)是物體逐漸遠(yuǎn)離圓心的

9、一種物理景象，它的本離心運(yùn)動(dòng)是物體逐漸遠(yuǎn)離圓心的一種物理景象，它的本質(zhì)是物體慣性的表現(xiàn)。做圓周運(yùn)動(dòng)的物體，總是有沿著圓周質(zhì)是物體慣性的表現(xiàn)。做圓周運(yùn)動(dòng)的物體，總是有沿著圓周切線飛出去的趨向，之所以沒(méi)有飛出去，是由于遭到向心力切線飛出去的趨向，之所以沒(méi)有飛出去，是由于遭到向心力作用的緣故。作用的緣故。 2離心運(yùn)動(dòng)的受力特點(diǎn)離心運(yùn)動(dòng)的受力特點(diǎn) 物體做離心運(yùn)動(dòng)并非遭到物體做離心運(yùn)動(dòng)并非遭到“離心力的作用，而是外力離心力的作用，而是外力缺乏以提供向心力的結(jié)果，缺乏以提供向心力的結(jié)果，“離心力根本就不存在，由于離心力根本就不存在，由于根本找不到根本找不到“離心力的施力物體。離心力的施力物體。返回返回圖圖

10、439返回返回返回返回3關(guān)于離心景象的以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是關(guān)于離心景象的以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是 ()A當(dāng)物體所受的離心力大于向心力時(shí)產(chǎn)生離心景象當(dāng)物體所受的離心力大于向心力時(shí)產(chǎn)生離心景象B做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體，當(dāng)它所受的一切力都消逝做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體，當(dāng)它所受的一切力都消逝 時(shí)，它將做背叛圓心的圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，它將做背叛圓心的圓周運(yùn)動(dòng)C做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體，當(dāng)它所受的一切力都忽然做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體，當(dāng)它所受的一切力都忽然 消逝時(shí)，它將沿切線做直線運(yùn)動(dòng)消逝時(shí)，它將沿切線做直線運(yùn)動(dòng)D做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體，當(dāng)它所受的一切力都忽然做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體，當(dāng)它所受的一切力都忽然 消逝時(shí)，它將做曲線運(yùn)動(dòng)消逝時(shí)

11、，它將做曲線運(yùn)動(dòng)返回返回解析：向心力是根據(jù)效果命名的，做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體所解析：向心力是根據(jù)效果命名的，做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體所需求的向心力，是它所受的某個(gè)力或幾個(gè)力的合力提供的，需求的向心力，是它所受的某個(gè)力或幾個(gè)力的合力提供的，因此，物體并不受向心力和離心力的作用，它之所以產(chǎn)生離因此，物體并不受向心力和離心力的作用，它之所以產(chǎn)生離心景象是由于心景象是由于F合合72 km/h(20 m/s)，F(xiàn)將小于需求的向心力，將小于需求的向心力，所差的向心力仍需由外軌對(duì)輪緣的彈力來(lái)彌補(bǔ)，這樣會(huì)出所差的向心力仍需由外軌對(duì)輪緣的彈力來(lái)彌補(bǔ)，這樣會(huì)出現(xiàn)外側(cè)車(chē)輪向外擠壓外軌的景象?，F(xiàn)外側(cè)車(chē)輪向外擠壓外軌的景象。

12、(2)假設(shè)車(chē)速假設(shè)車(chē)速v72 km/h，F(xiàn)將大于需求的向心力，超出將大于需求的向心力，超出的那么由內(nèi)軌對(duì)內(nèi)側(cè)車(chē)輪輪緣的側(cè)壓力來(lái)平衡，這樣就出的那么由內(nèi)軌對(duì)內(nèi)側(cè)車(chē)輪輪緣的側(cè)壓力來(lái)平衡，這樣就出現(xiàn)內(nèi)側(cè)車(chē)輪的輪緣向外擠壓內(nèi)軌的景象?，F(xiàn)內(nèi)側(cè)車(chē)輪的輪緣向外擠壓內(nèi)軌的景象。答案答案(1)0.195 m(2)見(jiàn)解析見(jiàn)解析返回返回 借題發(fā)揚(yáng)借題發(fā)揚(yáng) (1)對(duì)火車(chē)轉(zhuǎn)彎問(wèn)題一定要搞清合力的方向，指向圓對(duì)火車(chē)轉(zhuǎn)彎問(wèn)題一定要搞清合力的方向，指向圓心方向的合外力提供物體做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，方向指心方向的合外力提供物體做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，方向指向程度面內(nèi)的圓心。向程度面內(nèi)的圓心。 (2)彎道兩軌在同一程度面上時(shí)，向心力由

13、外軌對(duì)輪彎道兩軌在同一程度面上時(shí)，向心力由外軌對(duì)輪緣的擠壓力提供。緣的擠壓力提供。 (3)當(dāng)外軌高于內(nèi)軌時(shí)，向心力由火車(chē)的重力和鐵軌當(dāng)外軌高于內(nèi)軌時(shí)，向心力由火車(chē)的重力和鐵軌對(duì)火車(chē)的支持力以及內(nèi)對(duì)火車(chē)的支持力以及內(nèi)(外外)軌對(duì)輪緣的擠壓力的合力提軌對(duì)輪緣的擠壓力的合力提供，這還與火車(chē)的速度大小有關(guān)。供，這還與火車(chē)的速度大小有關(guān)。返回返回上例題中，假設(shè)火車(chē)重為上例題中，假設(shè)火車(chē)重為1 000 t，以，以72 km/h的速度勻速經(jīng)的速度勻速經(jīng)過(guò)一個(gè)內(nèi)、外軌一樣高的彎道，軌道半徑為過(guò)一個(gè)內(nèi)、外軌一樣高的彎道，軌道半徑為400 m，那么鐵，那么鐵軌遭到的側(cè)壓力大小為多少？軌遭到的側(cè)壓力大小為多少？答案

14、：答案：106 N返回返回豎直平面內(nèi)圓周運(yùn)動(dòng)分析與計(jì)算豎直平面內(nèi)圓周運(yùn)動(dòng)分析與計(jì)算 例例2如圖如圖4310所示，在雜技扮演所示，在雜技扮演“水流星中，細(xì)繩兩端系有裝水的水桶，在豎水流星中，細(xì)繩兩端系有裝水的水桶，在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)，水的質(zhì)量直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)，水的質(zhì)量m0.5 kg，水，水到轉(zhuǎn)動(dòng)軸的間隔到轉(zhuǎn)動(dòng)軸的間隔 L0.8 m。求：。求：(取取g10 m/s2) (1)水桶經(jīng)過(guò)圓周最高點(diǎn)時(shí)水不流出來(lái)的最小速率。水桶經(jīng)過(guò)圓周最高點(diǎn)時(shí)水不流出來(lái)的最小速率。 (2)水桶在最高點(diǎn)的速率水桶在最高點(diǎn)的速率v15 m/s時(shí)，水對(duì)桶底的壓力大小。時(shí)，水對(duì)桶底的壓力大小。 (3)假設(shè)桶和水的總質(zhì)量假設(shè)

15、桶和水的總質(zhì)量M1 kg，水桶經(jīng)過(guò)最低點(diǎn)時(shí)的速率，水桶經(jīng)過(guò)最低點(diǎn)時(shí)的速率v26.5 m/s，那么此時(shí)繩子的拉力是多大？，那么此時(shí)繩子的拉力是多大？圖圖4310返回返回 思緒點(diǎn)撥思緒點(diǎn)撥解此題要分清解此題要分清“桿、桿、“繩模型，同時(shí)繩模型，同時(shí)要留意研討對(duì)象的選取及受力分析。要留意研討對(duì)象的選取及受力分析。返回返回答案答案(1)2.8 m/s(2)10.6 N(3)62.8 N返回返回 借題發(fā)揚(yáng)借題發(fā)揚(yáng) (1)在繩模型和桿模型中，物體在最低點(diǎn)的受力情況是一在繩模型和桿模型中，物體在最低點(diǎn)的受力情況是一樣的，兩模型的差別在于物體在最高點(diǎn)時(shí)能不能遭到樣的，兩模型的差別在于物體在最高點(diǎn)時(shí)能不能遭到“

16、支撐。支撐。 (2)研討在繩或桿約束下的圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，一定要明確研討研討在繩或桿約束下的圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，一定要明確研討對(duì)象，搞清對(duì)象，搞清“誰(shuí)對(duì)誰(shuí)對(duì)“誰(shuí)的作用力，牛頓第三定律是轉(zhuǎn)移研討誰(shuí)的作用力，牛頓第三定律是轉(zhuǎn)移研討對(duì)象的橋梁。對(duì)象的橋梁。返回返回1如圖如圖4311所示，輕桿一端固定質(zhì)量所示，輕桿一端固定質(zhì)量 為為m的小球，以另一端的小球，以另一端O為圓心，使小為圓心，使小 球在豎直平面內(nèi)做半徑為球在豎直平面內(nèi)做半徑為r的圓周運(yùn)動(dòng)。的圓周運(yùn)動(dòng)。 以下說(shuō)法中正確的選項(xiàng)是以下說(shuō)法中正確的選項(xiàng)是 () 圖圖4311 返回返回答案：答案：B返回返回離心運(yùn)動(dòng)條件的了解及運(yùn)用離心運(yùn)動(dòng)條件的了解及運(yùn)用 例例3如

17、圖如圖4312所示，勻速轉(zhuǎn)所示，勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的程度圓盤(pán)上，沿半徑方向放置兩個(gè)動(dòng)的程度圓盤(pán)上，沿半徑方向放置兩個(gè)用細(xì)線相連的質(zhì)量均為用細(xì)線相連的質(zhì)量均為m的小物體的小物體A、B，它們到轉(zhuǎn)軸間隔它們到轉(zhuǎn)軸間隔 分別為分別為rA20 cm，rB30 cm。A、B與盤(pán)面間的最大靜摩擦力均為重力的與盤(pán)面間的最大靜摩擦力均為重力的0.4倍，倍，試求：試求：(取取g10 m/s2) 圖圖4312(1)當(dāng)細(xì)線上開(kāi)場(chǎng)出現(xiàn)張力時(shí)，圓盤(pán)的角速度當(dāng)細(xì)線上開(kāi)場(chǎng)出現(xiàn)張力時(shí)，圓盤(pán)的角速度0；(2)當(dāng)當(dāng)A開(kāi)場(chǎng)滑動(dòng)時(shí)，圓盤(pán)的角速度開(kāi)場(chǎng)滑動(dòng)時(shí)，圓盤(pán)的角速度；(3)當(dāng)當(dāng)A即將滑動(dòng)時(shí)，燒斷細(xì)線，即將滑動(dòng)時(shí)，燒斷細(xì)線，A、B所處形狀怎樣。

18、所處形狀怎樣。返回返回返回返回答案答案(1)3.65 rad/s(2)4 rad/s(3)B做離心運(yùn)動(dòng)，做離心運(yùn)動(dòng)，A仍隨圓盤(pán)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。仍隨圓盤(pán)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。返回返回 借題發(fā)揚(yáng)借題發(fā)揚(yáng) (1)對(duì)于離心運(yùn)動(dòng)的分析和計(jì)算，其本質(zhì)仍是向心對(duì)于離心運(yùn)動(dòng)的分析和計(jì)算，其本質(zhì)仍是向心力的分析和計(jì)算，要把物體離心運(yùn)動(dòng)的臨界形狀看成力的分析和計(jì)算，要把物體離心運(yùn)動(dòng)的臨界形狀看成恰好能做圓周運(yùn)動(dòng)處置。恰好能做圓周運(yùn)動(dòng)處置。 (2)要留意離心景象是做圓周運(yùn)動(dòng)的物體所受合力要留意離心景象是做圓周運(yùn)動(dòng)的物體所受合力減小或合力忽然消逝所致的景象，絕不可以錯(cuò)誤地以減小或合力忽然消逝所致的景象，絕不可以錯(cuò)誤地以為離心景象是離心力為離心景象是離心力(本來(lái)就不存在離心力本來(lái)就不存在離心力)大于向心大于向心力的緣故。明確緣由才干正確利用離心景象。力的緣