高中物理人教必修二課件5.7生活中的圓周運(yùn)動(dòng)2

1、7 生活中的圓周運(yùn)動(dòng),一、鐵路的彎道 1.運(yùn)動(dòng)特點(diǎn):火車轉(zhuǎn)彎時(shí)實(shí)際是在做_運(yùn)動(dòng),因而具有向心 加速度,由于其質(zhì)量巨大,所以需要很大的_力。 2.向心力來(lái)源: (1)若轉(zhuǎn)彎時(shí)內(nèi)外軌一樣高,則由_對(duì)輪緣的彈力提供向心 力,這樣鐵軌和車輪極易受損。 (2)若內(nèi)外軌有高度差,依據(jù)規(guī)定的行駛速度行駛,轉(zhuǎn)彎時(shí)向心 力幾乎完全由_和_的合力提供。,圓周,向心,外軌,重力G,支持力FN,【自我思悟】 1.除了火車彎道具有內(nèi)低外高的特點(diǎn)外,你還了解哪些道路具有這樣的特點(diǎn)? 提示:有些道路具有外高內(nèi)低的特點(diǎn)是為了增加車輛做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力,進(jìn)而提高車輛的運(yùn)動(dòng)速度,因此一些賽車項(xiàng)目的賽道的彎道要做得外高內(nèi)低,比如汽

2、車、摩托車、自行車賽道的彎道,高速公路的拐彎處等。,2.火車經(jīng)過(guò)彎道時(shí),若彎道處軌道外高內(nèi)低,火車對(duì)軌道一定沒(méi)有側(cè)向壓力嗎? 提示:不一定,只有火車以規(guī)定的速度經(jīng)過(guò)彎道時(shí),才對(duì)軌道無(wú)側(cè)向壓力。,二、拱形橋,mg-FN,FN-mg,越小,越大,【自我思悟】 1.汽車以同樣的速度過(guò)拱橋和在平面上行駛,對(duì)路面的壓力為什么不同? 提示:過(guò)拱橋時(shí),汽車具有向心加速度;經(jīng)過(guò)平面時(shí),汽車處于平衡狀態(tài)。 2.汽車駛過(guò)凹面橋時(shí),對(duì)橋的壓力一定大于重力嗎? 提示:一定。因?yàn)榇藭r(shí)汽車的向心加速度向上,故汽車對(duì)橋的壓力一定大于重力。,三、航天器中的失重現(xiàn)象 1.向心力分析:宇航員受到的地球引力與座艙對(duì)他的支持力的 合

3、力為他提供向心力,_= 2.支持力分析:FN= 。 3.討論:當(dāng)v= 時(shí),座艙對(duì)宇航員的支持力FN=0,宇航員處于 _狀態(tài)。,mg-FN,完全失重,【自我思悟】 1.繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的航天器中的宇航員及所有物體均處于完全失重狀態(tài),為什么? 提示:繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的航天器中的宇航員及所有物體具有加速度g,重力剛好全部提供向心力,處于完全失重狀態(tài)。 2.航天器中處于完全失重狀態(tài)的物體所受合力是零嗎? 提示:處于完全失重狀態(tài)的物體具有加速度,合力為mg。,四、離心運(yùn)動(dòng) 1.定義:物體沿切線飛出或做_圓心的運(yùn)動(dòng)。 2.原因:向心力突然_或合外力不足以提供_。 3.應(yīng)用:洗衣機(jī)的_,制作無(wú)縫鋼管

4、、水泥管道、水泥 電線桿等。,逐漸遠(yuǎn)離,消失,所需向心力,脫水筒,【自我思悟】 雨天,當(dāng)你旋轉(zhuǎn)自己的雨傘時(shí),會(huì)發(fā)現(xiàn)水滴沿著傘 的邊緣切線飛出,你能說(shuō)出其中的原因嗎? 提示:旋轉(zhuǎn)雨傘時(shí),雨滴也隨著運(yùn)動(dòng)起來(lái),但傘面 上的雨滴受到的力不足以提供其做圓周運(yùn)動(dòng)的 向心力,雨滴由于慣性要保持其原來(lái)的速度方向 而沿切線方向飛出。,一、火車拐彎問(wèn)題 深化理解 1.火車車輪的特點(diǎn):火車的車輪有凸出的輪緣,火車在鐵軌上運(yùn)行時(shí),車輪與鐵軌有水平與豎直兩個(gè)接觸面, 這種結(jié)構(gòu)特點(diǎn),主要是避免火車運(yùn)行時(shí)脫軌, 如圖所示。,2.圓周平面的特點(diǎn):彎道處外軌高于內(nèi)軌,但火車在行駛過(guò)程中,重心高度不變,即火車的重心軌跡在同一水平

5、面內(nèi),火車的向心加速度和向心力均沿水平面指向圓心。,3.向心力的來(lái)源分析:火車速度合適時(shí),火車 受重力和支持力作用,火車轉(zhuǎn)彎所需的向心 力完全由重力和支持力的合力提供,合力沿 水平方向,大小F=mgtan。 4.規(guī)定速度分析:若火車轉(zhuǎn)彎時(shí)只受重力和支持力作用,不受軌 道壓力,則mgtan= ,可得v0= 。(R為彎道半 徑,為軌道所在平面與水平面的夾角,v0為轉(zhuǎn)彎處的規(guī)定速度),5.軌道壓力分析: (1)當(dāng)火車行駛速度v等于規(guī)定速度v0時(shí),所需向心力僅由重力和彈力的合力提供,此時(shí)火車對(duì)內(nèi)外軌道無(wú)擠壓作用。 (2)當(dāng)火車行駛速度v與規(guī)定速度v0不相等時(shí),火車所需向心力不再僅由重力和彈力的合力提供

6、,此時(shí)內(nèi)外軌道對(duì)火車輪緣有擠壓作用,具體情況如下。 當(dāng)火車行駛速度vv0時(shí),外軌道對(duì)輪緣有側(cè)壓力。 當(dāng)火車行駛速度vv0時(shí),內(nèi)軌道對(duì)輪緣有側(cè)壓力。,【微思考】 (1)在一些省級(jí)公路拐彎處和高速公路轉(zhuǎn)彎處設(shè)計(jì)成外高內(nèi)低,這是為什么? 提示:這樣做是為了減小車輪受到地面施加的側(cè)向力。 (2)火車靜止在轉(zhuǎn)彎處時(shí),合力為零,若火車按規(guī)定的速度轉(zhuǎn)彎時(shí),其合力也是零嗎? 提示:不是。此時(shí)火車具有向心加速度,合力方向沿水平方向指向內(nèi)側(cè)。,【題組通關(guān)】 【示范題】(2014德州高一檢測(cè))火車以半徑r=900m轉(zhuǎn)彎,火車質(zhì)量為8105kg,軌道寬為l=1.4m,外軌比內(nèi)軌高h(yuǎn)=14cm,為了使鐵軌不受輪緣的擠壓

7、,火車的速度應(yīng)為多大?(g取10m/s2),【解題探究】(1)火車受到哪些力的作用?其向心力由誰(shuí)提供?指向哪個(gè)方向? 提示:火車受到重力和支持力的作用;火車轉(zhuǎn)彎的向心力由其受到的重力和支持力的合力提供;火車的轉(zhuǎn)彎平面是水平的,合力沿水平方向指向軌道內(nèi)側(cè)。 (2)當(dāng)很小時(shí),可以近似認(rèn)為sin和tan有什么關(guān)系? 提示:當(dāng)很小時(shí),可以近似認(rèn)為sin=tan。,【規(guī)范解答】若火車在轉(zhuǎn)彎時(shí)不受擠壓,即由重力和支持力的合力提供向心力,火車轉(zhuǎn)彎平面是水平面?；疖囀芰θ鐖D所示, 由牛頓第二定律得 F=mgtan= 由于很小,可以近似認(rèn)為tan=sin= 解式得v=30m/s 答案:30m/s,【通關(guān)1+1】

8、 1.(多選)(2013新課標(biāo)全國(guó)卷)公路急轉(zhuǎn)彎處通常是交通事故多發(fā)地帶。如圖,某公路急轉(zhuǎn)彎處是一圓弧,當(dāng)汽車行駛的速率為v0時(shí),汽車恰好沒(méi)有向公路內(nèi)外兩側(cè)滑動(dòng)的趨勢(shì)。則在該彎道處() A.路面外側(cè)高內(nèi)側(cè)低 B.車速只要低于v0,車輛便會(huì)向內(nèi)側(cè)滑動(dòng) C.車速雖然高于v0,但只要不超出某一最 高限度,車輛便不會(huì)向外側(cè)滑動(dòng) D.當(dāng)路面結(jié)冰時(shí),與未結(jié)冰時(shí)相比,v0的值變小,【解析】選A、C。當(dāng)汽車行駛的速率為v0時(shí),汽車恰好沒(méi)有向 公路內(nèi)外兩側(cè)滑動(dòng)的趨勢(shì),即不受靜摩擦力,此時(shí)由重力和支持 力的合力提供向心力,所以路面外側(cè)高內(nèi)側(cè)低,選項(xiàng)A正確;當(dāng)車 速低于v0時(shí),需要的向心力小于重力和支持力的合力,汽

9、車有向 內(nèi)側(cè)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì),但并不會(huì)向內(nèi)側(cè)滑動(dòng),靜摩擦力向外側(cè),選項(xiàng)B 錯(cuò)誤;當(dāng)車速高于v0時(shí),需要的向心力大于重力和支持力的合力, 汽車有向外側(cè)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì),靜摩擦力向內(nèi)側(cè),速度越大,靜摩擦 力越大,只有靜摩擦力達(dá)到最大以后,車輛才會(huì)向外側(cè)滑動(dòng),選 項(xiàng)C正確;由mgtan= 可知,v0的值只與斜面傾角和圓弧 軌道的半徑有關(guān),與路面的粗糙程度無(wú)關(guān),選項(xiàng)D錯(cuò)誤。,2.在高速公路的拐彎處,路面造得外高內(nèi)低,即當(dāng)車向右拐彎時(shí),司機(jī)左側(cè)的路面比右側(cè)的要高一些,路面與水平面間的夾角為,設(shè)拐彎路段是半徑為R的圓弧,要使車速為v時(shí)車輪與路面間的橫向(即垂直于前進(jìn)方向)摩擦力等于零,的正切值應(yīng)等于多少?,【解析】汽

10、車轉(zhuǎn)彎平面是水平面，橫向摩擦力等于零時(shí)受力如圖所示 則所受合力F=mgtan 轉(zhuǎn)彎所需向心力 汽車轉(zhuǎn)彎可看作是勻速圓周運(yùn)動(dòng)，故F=Fn 所以tan= 答案：,【變式訓(xùn)練】1.鐵路在彎道處的內(nèi)外軌道高度是不同的，已知 內(nèi)外軌道平面與水平面的夾角為，如圖所示，彎道處的圓弧 半徑為R，若質(zhì)量為m的火車轉(zhuǎn)彎時(shí)速度等于 ，則( ) A.內(nèi)軌對(duì)內(nèi)側(cè)車輪輪緣有擠壓 B.外軌對(duì)外側(cè)車輪輪緣有擠壓 C.這時(shí)鐵軌對(duì)火車的支持力等于 D.這時(shí)鐵軌對(duì)火車的支持力大于,【解析】選C。由牛頓第二定律F合= ,解得F合=mgtan,此 時(shí)火車受重力和鐵路軌道的支持力作用,如圖所示,FNcos=mg, 則FN= ,內(nèi)、外軌道

11、對(duì)火車均無(wú)側(cè)壓力,故C正確,A、B、D 錯(cuò)誤。,2.如果高速公路轉(zhuǎn)彎處彎道圓弧半徑為100m,汽車輪胎與路面間的最大靜摩擦力是車重的0.23倍,若路面是水平的,則汽車不發(fā)生徑向滑動(dòng)所允許的最大速度vm為多大?(g取10m/s2),【解析】汽車在水平路面上轉(zhuǎn)彎時(shí)，地面與輪胎間的摩擦力提供向心力。當(dāng)汽車以最大速度轉(zhuǎn)彎時(shí), Ffm=0.23mg,Ffm= 可得vm= =15.2 m/s 答案：15.2 m/s,【素養(yǎng)升華】 火車轉(zhuǎn)彎問(wèn)題的解題策略 (1)對(duì)火車轉(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,方向指向水平面內(nèi)的圓心。 (2)彎道兩軌在同一水平面上時(shí),向心力

12、由外軌對(duì)輪緣的擠壓力提供。 (3)當(dāng)外軌高于內(nèi)軌時(shí),向心力由火車的重力和鐵軌的支持力以及內(nèi)、外軌對(duì)輪緣的擠壓力的合力提供,這還與火車的速度大小有關(guān)。,二、豎直平面內(nèi)圓周運(yùn)動(dòng)的兩類模型 對(duì)比分析 1.繩模型:小球沿豎直光滑軌道內(nèi)側(cè)做圓周運(yùn)動(dòng),小球在細(xì)繩作用下在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng),都是繩模型,如圖所示。,(1)向心力分析: 小球運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)時(shí)受向下的重力和向下的繩子拉力或軌道彈力作用,由這兩個(gè)力的合力充當(dāng)向心力mg+FN= 小球運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)時(shí)受向下的重力和向上的繩子拉力或軌道彈力作用,由這兩個(gè)力的合力充當(dāng)向心力 FN-mg=,(2)臨界條件：小球恰好過(guò)最高點(diǎn)時(shí)，應(yīng)滿足彈力FN=0，即 mg= 可

13、得小球在豎直面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)的臨界速度 (3)最高點(diǎn)受力分析： v= 時(shí)，拉力或壓力為零。 v 時(shí)，物體受向下的拉力或壓力。 v 時(shí)，物體不能到達(dá)最高點(diǎn)。,2.桿模型:小球在豎直放置的光滑細(xì)管內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng),小球被一輕桿拉著在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng),都是桿模型,如圖所示。,(1)向心力分析： 小球運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)時(shí)受桿或軌道彈力和向下的重力作用，由 這兩個(gè)力的合力充當(dāng)向心力。 若彈力向上：mg-FN= ；若彈力向下：mg+FN= 小球運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)時(shí)受桿或軌道向上的彈力和向下的重力作 用，由這兩個(gè)力的合力充當(dāng)向心力，F(xiàn)N-mg=,(2)臨界條件:由于桿和管能對(duì)小球產(chǎn)生向上的支持力,故小球能在豎直平面內(nèi)做圓

14、周運(yùn)動(dòng)的臨界條件是運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)時(shí)速度恰好為零。 (3)最高點(diǎn)受力分析: v=0時(shí),小球受向上的支持力FN=mg。 0 時(shí),小球受向下的拉力或壓力,并且隨速度的增大而增大。,【微思考】 (1)繩模型和桿模型中小球做的都是變速圓周運(yùn)動(dòng),運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,小球受到的合力一定大于向心力嗎? 提示:不一定。在最高點(diǎn)、最低點(diǎn)時(shí)小球所受的合力等于向心力,在其他位置合力大于向心力。 (2)繩模型和桿模型在運(yùn)動(dòng)的最高點(diǎn)和最低點(diǎn)有何區(qū)別? 提示:繩模型和桿模型在最低點(diǎn)的受力特點(diǎn)是一致的,在最高點(diǎn)桿模型可以提供豎直向上的支持力,而繩模型不能。,【題組通關(guān)】 【示范題】長(zhǎng)度為0.5m的輕桿OA繞O點(diǎn)在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng),

15、A端連著一個(gè)質(zhì)量m=2kg的小球。求在下述的兩種情況下,通過(guò)最高點(diǎn)時(shí)小球?qū)U的作用力的大小和方向(g取10m/s2): (1)桿做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速為2.0r/s; (2)桿做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速為0.5r/s。,【解題探究】(1)在最高點(diǎn),球的向心力由誰(shuí)提供? 提示:在最高點(diǎn)時(shí),桿對(duì)球的彈力和球的重力的合力充當(dāng)向心力。 (2)桿對(duì)球施加的力一定是拉力嗎? 提示:桿對(duì)球可能提供支持力,也可能提供拉力,由球的加速度決定。,【規(guī)范解答】小球在最高點(diǎn)的受力如圖所示: (1)桿的轉(zhuǎn)速為2.0r/s時(shí),=2n=4rad/s 由牛頓第二定律得:F+mg=mL2 故小球所受桿的作用力 F=mL2-mg=2(0

16、.5422-10)N138N 即桿對(duì)小球提供了138N的拉力 由牛頓第三定律知,小球?qū)U的拉力大小為138N,方向豎直向上。,(2)桿的轉(zhuǎn)速為0.5r/s時(shí),=2n=rad/s 同理可得小球所受桿的作用力 F=mL2-mg=2(0.52-10)N-10N。 力F為負(fù)值表示它的方向與受力分析中所假設(shè)的方向相反,故小球?qū)U的壓力大小為10N,方向豎直向下。 答案:見(jiàn)規(guī)范解答,【通關(guān)1+1】 1.若【示范題】中其他條件不變,將輕桿換成輕繩, (1)當(dāng)轉(zhuǎn)速為2.0r/s時(shí),小球能否在豎直面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)?若能,求此時(shí)繩子的拉力。 (2)當(dāng)轉(zhuǎn)速為0.5r/s時(shí),小球能否在豎直面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)?若能,求此時(shí)繩

17、子的拉力。,【解析】若小球恰好過(guò)最高點(diǎn),則繩子拉力為零,由重力充當(dāng)向 心力。所以mg= 可得v=2.24m/s,又根據(jù)v=2rn,可得 n=0.71r/s。 所以當(dāng)轉(zhuǎn)速為2.0r/s時(shí),小球能在豎直面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng);當(dāng)轉(zhuǎn)速 為0.5r/s時(shí),小球不能在豎直面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)。 當(dāng)轉(zhuǎn)速為2.0r/s時(shí),v=2rn=6.28m/s 此時(shí)由重力和繩子拉力的合力充當(dāng)向心力mg+F= 可 得:F=138N,所以此時(shí)繩子對(duì)小球的拉力為138N,方向向下。 答案:見(jiàn)解析,2.(2014深圳高一檢測(cè))繩系著裝有水的水桶,在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng),水的質(zhì)量m=0.5kg,繩長(zhǎng)l=60cm,求: (1)在最高點(diǎn)水不流出的

18、最小速率。 (2)水在最高點(diǎn)速率v=3m/s時(shí),水對(duì)桶底的壓力。,【解析】(1)在最高點(diǎn)水不流出的條件是重力不大于水做圓周 運(yùn)動(dòng)所需要的向心力，即mg ，則所求最小速率 (2)當(dāng)水在最高點(diǎn)的速率大于v0時(shí)，只靠重力提供向心力已經(jīng) 不足，此時(shí)水桶底對(duì)水有一向下的壓力，設(shè)為F，由牛頓第二 定律有 由牛頓第三定律知， 水對(duì)水桶底的壓力F=F=2.6 N，方向豎直向上。 答案：(1)2.42 m/s (2)2.6 N 方向豎直向上,【變式訓(xùn)練】1.(多選)如圖所示，小球m在豎直放置的光滑的圓形管道內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)，下列說(shuō)法正確的是( ) A.小球通過(guò)最高點(diǎn)時(shí)的最小速度是 B.小球通過(guò)最高點(diǎn)時(shí)的最小速度為零

19、 C.小球通過(guò)最低點(diǎn)時(shí)對(duì)管壁壓力一定大于重力 D.小球在水平線ab以下的管道中運(yùn)動(dòng)時(shí)外側(cè)管壁對(duì)小球一定有作用力,【解析】選B、C、D。小球在光滑的圓形管道內(nèi)運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn) 時(shí)的最小速度為零，A錯(cuò)誤、B正確；小球通過(guò)最低點(diǎn)時(shí)FN-mg= 故小球通過(guò)最低點(diǎn)時(shí)對(duì)管壁壓力一定大 于重力，C正確；小球在水平線ab以下的管道中運(yùn)動(dòng)時(shí)重力沿 半徑方向的分力背離圓心；管壁的彈力與重力沿半徑方向的分 力之合力提供向心力，因此外側(cè)管壁對(duì)小球一定有作用力，D 正確。,2.某公園里的過(guò)山車駛過(guò)軌道的最高點(diǎn)時(shí)， 乘客在座椅里面頭朝下，人體顛倒，若軌 道半徑為R，人體重為mg，要使乘客經(jīng)過(guò)軌 道最高點(diǎn)時(shí)對(duì)座椅的壓力等于自身

20、的重力， 則過(guò)山車在最高點(diǎn)時(shí)的速度大小為( ) 【解析】選C。由題意知F+mg=2mg= 故速度大小v= C正確。,【素養(yǎng)升華】 豎直平面內(nèi)圓周運(yùn)動(dòng)的分析方法 物體在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí): (1)明確運(yùn)動(dòng)的模型,是輕繩模型還是輕桿模型。 (2)明確物體的臨界狀態(tài),即在最高點(diǎn)時(shí)物體具有最小速度時(shí)的受力特點(diǎn)。 (3)分析物體在最高點(diǎn)及最低點(diǎn)的受力情況,根據(jù)牛頓第二定律列式求解。,三、對(duì)離心運(yùn)動(dòng)的理解 深化理解 1.離心運(yùn)動(dòng)的實(shí)質(zhì):離心運(yùn)動(dòng)是物體逐漸遠(yuǎn)離圓心的一種物理現(xiàn)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,總是有沿著圓周切線飛出去的趨向,之所以沒(méi)有飛出去,是因?yàn)槭艿街赶驁A心的力。,2.離

21、心運(yùn)動(dòng)的條件:做圓周運(yùn)動(dòng)的物體,提供向心力的外力突然消失或者外力不能提供足夠大的向心力。,3.離心運(yùn)動(dòng)、近心運(yùn)動(dòng)的判斷:物體 做圓周運(yùn)動(dòng)是離心運(yùn)動(dòng)還是近心運(yùn) 動(dòng),由實(shí)際提供的向心力Fn與所需向 心力( 或mr2)的大小關(guān)系決定。 (1)若Fn=mr2(或 ),即“提供”滿足“需要”,物體做圓周運(yùn)動(dòng)。 (2)若Fnmr2(或 ),即“提供”大于“需要”,物體做半徑變小的近心運(yùn)動(dòng)。 (3)若Fnmr2(或 ),即“提供”不足,物體做離心運(yùn)動(dòng)。 (4)若Fn=0,物體做離心運(yùn)動(dòng),并沿切線方向飛出。,【微思考】(1)物體做離心運(yùn)動(dòng)的原因是受到“離心力”的作用,這一說(shuō)法對(duì)嗎? 提示:不對(duì)。物體做離心運(yùn)動(dòng)

22、時(shí)并不存在“離心力”,“離心力”的說(shuō)法是因?yàn)榘褢T性當(dāng)成了力。 (2)離心運(yùn)動(dòng)是沿半徑向外的運(yùn)動(dòng)嗎? 提示:離心運(yùn)動(dòng)并不是沿半徑方向向外遠(yuǎn)離圓心的運(yùn)動(dòng),是物體半徑突然變大或沿切線方向飛出的運(yùn)動(dòng)。,【題組通關(guān)】 【示范題】(多選)如圖所示,光滑水平面上,質(zhì)量為m的小球在拉力F作用下做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。若小球運(yùn)動(dòng)到P點(diǎn)時(shí),拉力F發(fā)生變化,下列關(guān)于小球運(yùn)動(dòng)情況的說(shuō)法中正確的是() A.若拉力突然變大,小球?qū)⒀剀壽EPb做離心運(yùn)動(dòng) B.若拉力突然變小,小球?qū)⒀剀壽EPb做離心運(yùn)動(dòng) C.若拉力突然消失,小球?qū)⒀剀壽EPa做離心運(yùn)動(dòng) D.若拉力突然變小,小球?qū)⒀剀壽EPc做近心運(yùn)動(dòng),【解題探究】(1)物體做離心運(yùn)動(dòng)的條

23、件是: _或_。 (2)離心運(yùn)動(dòng)一定是直線運(yùn)動(dòng)嗎? 提示:不一定。離心運(yùn)動(dòng)可能是直線運(yùn)動(dòng),也可能是曲線運(yùn)動(dòng)。,合力突然為零,合力小于所需要的向心力,【規(guī)范解答】選B、C。若拉力突然變大,則小球?qū)⒆鼋倪\(yùn)動(dòng),不會(huì)沿軌跡Pb做離心運(yùn)動(dòng),A錯(cuò)誤。若拉力突然變小,則小球?qū)⒆鲭x心運(yùn)動(dòng),但由于力與速度有一定的夾角,故小球?qū)⒆銮€運(yùn)動(dòng),B正確,D錯(cuò)誤。若拉力突然消失,則小球?qū)⒀刂鳳點(diǎn)處的切線運(yùn)動(dòng),C正確。,【通關(guān)1+1】 1.關(guān)于離心運(yùn)動(dòng),下列說(shuō)法中正確的是() A.物體突然受到離心力的作用,將做離心運(yùn)動(dòng) B.做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體,當(dāng)提供向心力的合外力突然變大時(shí)將做離心運(yùn)動(dòng) C.做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體,只要提

24、供向心力的合外力的數(shù)值發(fā)生變化,就將做離心運(yùn)動(dòng) D.做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體,當(dāng)提供向心力的合外力突然消失或變小時(shí)將做離心運(yùn)動(dòng),【解析】選D。物體做什么運(yùn)動(dòng)取決于物體所受合外力與物體所需向心力的關(guān)系,只有當(dāng)提供的合外力小于所需要的向心力時(shí),物體做離心運(yùn)動(dòng),所以做離心運(yùn)動(dòng)的物體并沒(méi)有受到所謂的離心力的作用,離心力沒(méi)有施力物體,所以離心力不存在。由以上分析可知D正確。,2.下列說(shuō)法中正確的是() A.物體做離心運(yùn)動(dòng)時(shí),將離圓心越來(lái)越遠(yuǎn) B.物體做離心運(yùn)動(dòng)時(shí),其運(yùn)動(dòng)軌跡是半徑逐漸增大的圓 C.做離心運(yùn)動(dòng)的物體,一定不受到外力的作用 D.做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體,因受合力大小改變而不做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí),將做離心運(yùn)動(dòng)

25、,【解析】選A。離心運(yùn)動(dòng)指離圓心越來(lái)越遠(yuǎn)的運(yùn)動(dòng),A對(duì)。物體做離心運(yùn)動(dòng)時(shí),運(yùn)動(dòng)軌跡可能是直線,也可能是曲線,但不是圓,B錯(cuò)。當(dāng)物體的合外力突然為零或小于向心力時(shí),物體做離心運(yùn)動(dòng);當(dāng)合外力大于向心力時(shí),物體做近心運(yùn)動(dòng),C、D錯(cuò)。,【變式訓(xùn)練】1.物體做離心運(yùn)動(dòng)時(shí),運(yùn)動(dòng)軌跡的形狀為() A.一定是直線B.一定是曲線 C.可能是直線也可能是曲線D.可能是一個(gè)圓 【解析】選C。離心運(yùn)動(dòng)是指合力突然變?yōu)榱慊蚝狭Σ蛔阋蕴峁┫蛐牧r(shí)物體逐漸遠(yuǎn)離圓心的運(yùn)動(dòng)。若合力突然變?yōu)榱?物體沿切線方向做直線運(yùn)動(dòng);若合力比向心力小,物體做曲線運(yùn)動(dòng),但逐漸遠(yuǎn)離圓心,故A、B、D錯(cuò),C對(duì)。,2.在質(zhì)量為M的電動(dòng)機(jī)飛輪上固定著 一

26、個(gè)質(zhì)量為m的重物，重物到轉(zhuǎn)動(dòng)的 軸的距離為r，如圖所示，為了使放 在地面上的電動(dòng)機(jī)不會(huì)跳起，電動(dòng)機(jī)飛輪的角速度不能超 過(guò)( ),【解析】選A。當(dāng)重物運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)時(shí)，由牛頓第二定律，對(duì) 重物有F+mg=m2r,電動(dòng)機(jī)恰能離開(kāi)地面時(shí)，對(duì)電動(dòng)機(jī)有F=Mg 其中F與F為作用力和反作用力，故F=F 解得飛輪的角速度= 故A正確。,【資源平臺(tái)】備選角度:圓周運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用 【示范題】飛機(jī)起飛時(shí),飛行員 處于超重狀態(tài),即飛行員對(duì)座位 的壓力大于他所受的重力,這種 現(xiàn)象叫過(guò)荷,這時(shí)會(huì)造成飛行員大腦貧血、四肢沉重。過(guò)荷過(guò)大時(shí),飛行員還會(huì)暫時(shí)失明,甚至?xí)炟?飛行員可以通過(guò)加強(qiáng)訓(xùn)練來(lái)提高自己的抗荷能力。如圖所示是離心實(shí)

27、驗(yàn)器的原理圖,可以用離心實(shí)驗(yàn)器來(lái)研究過(guò)荷對(duì)人體的影響,測(cè)試人的抗荷能力。離心實(shí)驗(yàn)器轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),被測(cè)試者做勻速圓周運(yùn)動(dòng),若被測(cè)試者所受重力為G,現(xiàn)觀察到圖中的直線AB(即垂直于座位的直線)與水平桿成30角。求:,(1)被測(cè)試者做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)所需向心力多大? (2)被測(cè)試者對(duì)座位的壓力多大?,【標(biāo)準(zhǔn)解答】被測(cè)試者做勻速圓周運(yùn)動(dòng)所需 的向心力由他受的重力和座位對(duì)他的支持力 的合力提供，對(duì)其受力分析如圖所示。 (1)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)需要的向心力為F向=Gcot30= G。 (2)座位對(duì)被測(cè)試者的支持力為F= 由牛頓第三定律可知被測(cè)試者對(duì)座位的壓力大小也為2G。 答案：(1) G (2)2G,汽車過(guò)橋問(wèn)題的

28、分析方法 【案例剖析】一輛質(zhì)量m=2t的轎車,駛過(guò)半徑R=90m的一段凸形橋面,g取10m/s2,求: (1)轎車以10m/s的速度通過(guò)橋面最高點(diǎn)時(shí),對(duì)橋面的壓力是多大? (2)在最高點(diǎn)對(duì)橋面的壓力等于轎車重力的一半時(shí),車的速度大小是多少?,【精講精析】(1)轎車通過(guò)凸形橋面最高點(diǎn)時(shí)，受力分析如圖所示： 合力F=mg-FN， 由向心力公式得mg-FN= 故橋面的支持力大小 FN=mg- =(2 00010-2 000 )N=1.78104 N 根據(jù)牛頓第三定律，轎車在橋的頂點(diǎn)時(shí)對(duì)橋面壓力的大小為1.78104 N。,(2)對(duì)橋面的壓力等于轎車重力的一半時(shí)，向心力 F=mg-FN=0.5mg, 而F= 所以此時(shí)轎車的速度大小 答案：(1)1.78104