高中物理人教必修二課件第5章第7節(jié)生活中的圓周運(yùn)動

1、成才之路 物理,路漫漫其修遠(yuǎn)兮 吾將上下而求索,人教版 必修2,曲線運(yùn)動,第五章,第七節(jié)生活中的圓周運(yùn)動,第五章,如下圖所示的“水流星”是我國傳統(tǒng)的雜技節(jié)目，演員們把盛有水的容器用繩子拉住在空中如流星般快速擺動，同時表演高難度的動作，容器中的水居然一滴也不流下來。 你考慮過沒有： (1)“水流星”的運(yùn)動快慢與手中拉力的大小有什么關(guān)系？ (2)如果手中的力漸漸減小，將會發(fā)生什么現(xiàn)象？當(dāng)“水流星”轉(zhuǎn)到最高點(diǎn)時，如果突然松手，會發(fā)生什么現(xiàn)象？,1火車在彎道上的運(yùn)動特點(diǎn) 火車在彎道上運(yùn)動時做_運(yùn)動，因而具有_加速度，由于其質(zhì)量巨大，需要很大的_。,鐵路的彎道,圓周,向心,向心力,2向心力來源 (1)如

2、果轉(zhuǎn)彎處內(nèi)外軌一樣高，則由_提供向心力，這樣鐵軌和車輪極易受損。 (2)實(shí)際上，鐵路的轉(zhuǎn)彎處外軌略高于內(nèi)軌，鐵軌對火車的支持力不是豎直向上的，而是斜向彎道的_，鐵軌對火車的_與火車所受_的合力指向_，它提供了火車做圓周運(yùn)動的向心力。,外軌對輪緣的彈力,內(nèi)側(cè),支持力,重力,軌道的圓心,1運(yùn)動特點(diǎn) 汽車過拱形橋時做_，因而具有_加速度，需要向心力。 2向心力來源 汽車過拱形橋運(yùn)動至最高(低)點(diǎn)時，_和_的合力提供汽車需要的向心力。,拱形橋,圓周運(yùn)動,向心,重力,支持力,GFN,小于,FNG,大于,航天器中的失重現(xiàn)象,mgFN,完全失重,1定義：物體沿切線飛出或做逐漸_的運(yùn)動。 2原因：向心力突然消

3、失或合外力不足以提供所需的_。 3應(yīng)用：洗衣機(jī)的_，制作_、水泥管道、水泥電線桿等。,離心運(yùn)動,遠(yuǎn)離圓心,向心力,脫水筒,無縫鋼筒,一、火車轉(zhuǎn)彎問題 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，車輪與鐵軌有水平與豎直兩個接觸面，這種結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，主要是避免火車運(yùn)行時脫軌，如圖所示。,2火車彎道的特點(diǎn) 彎道處外軌高于內(nèi)軌，火車在行駛過程中，重心高度不變，即火車的重心軌跡在同一水平面內(nèi)，火車的向心加速度和向心力均沿水平面指向圓心。 3火車轉(zhuǎn)彎的向心力來源 火車速度合適時，火車只受重力和支持力作用，火車轉(zhuǎn)彎時所需的向心力完全由支持力和重力的合力來提供。如圖所示。,4軌道輪緣壓力與火車速

4、度的關(guān)系 (1)當(dāng)火車行駛速率v等于規(guī)定速度v0時，內(nèi)、外軌道對輪緣都沒有側(cè)壓力。 (2)當(dāng)火車行駛速度v大于規(guī)定速度v0時，火車有離心運(yùn)動趨勢，故外軌道對輪緣有側(cè)壓力。 (3)當(dāng)火車行駛速度v小于規(guī)定速度v0時，火車有向心運(yùn)動趨勢，故內(nèi)軌道對輪緣有側(cè)壓力。,特別提醒： 汽車、摩托車賽道拐彎處，高速公路轉(zhuǎn)彎處設(shè)計成外高內(nèi)低，也是盡量使車受到的重力和支持力的合力提供向心力，以減小車輪與路面之間的橫向摩擦力。,(沈陽二中20142015學(xué)年高一下學(xué)期檢測)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vc時，汽車恰好沒有向公路內(nèi)外兩側(cè)滑動的趨勢，則在該彎道處，

5、(),A路面外側(cè)高內(nèi)側(cè)低 B車速只要低于vc，車輛便會向內(nèi)側(cè)滑動 C車速雖然高于vc，但只要不超出某一最高限度，車輛便不會向外側(cè)滑動 D當(dāng)路面結(jié)冰時，與未結(jié)冰時相比，vc的值變小 答案：AC,解析：抓住臨界點(diǎn)分析汽車轉(zhuǎn)彎的受力特點(diǎn)及不側(cè)滑的原因，結(jié)合圓周運(yùn)動規(guī)律可判斷。 汽車轉(zhuǎn)彎時，恰好沒有向公路內(nèi)外兩側(cè)滑動的趨勢，說明公路外側(cè)高一些，支持力的水平分力剛好提供向心力，此時汽車不受靜摩擦力的作用，與路面是否結(jié)冰無關(guān)，故選項(xiàng)A正確，選項(xiàng)D錯誤。當(dāng)vvc時，支持力的水平分力小于所需向心力，汽車有向外側(cè)滑動的趨勢，在摩擦力大于最大靜摩擦力前不會側(cè)滑，故選項(xiàng)B錯誤，選項(xiàng)C正確。,二、汽車過橋問題 關(guān)于汽

6、車過橋問題，用圖表概括如下：,由上海飛往美國洛杉磯的飛機(jī)在飛越太平洋上空的過程中，如果保持飛行速度的大小和距離海平面的高度均不變，則以下說法中正確的是(),A飛機(jī)做的是勻速直線運(yùn)動 B飛機(jī)上的乘客對座椅的壓力略大于地球?qū)Τ丝偷囊?C飛機(jī)上的乘客對座椅的壓力略小于地球?qū)Τ丝偷囊?D飛機(jī)上的乘客對座椅的壓力為零 答案：C,三、離心運(yùn)動 1離心運(yùn)動的實(shí)質(zhì) 離心運(yùn)動是物體逐漸遠(yuǎn)離圓心的運(yùn)動，它的本質(zhì)是物體慣性的表現(xiàn)。做圓周運(yùn)動的物體，總是有沿著圓周切線飛出去的趨勢，之所以沒有飛出去，是因?yàn)槭艿较蛐牧ψ饔玫木壒省?2物體做離心運(yùn)動的條件 做圓周運(yùn)動的物體，一旦提供向心力的外力突然消失，或者外力不能提

7、供足夠的向心力時，物體做遠(yuǎn)離圓心的運(yùn)動，即離心運(yùn)動。,3離心運(yùn)動的受力特點(diǎn) 物體做離心運(yùn)動并不是物體受到離心力作用，而是由于外力不能提供足夠的向心力。所謂“離心力”也是由效果命名的，實(shí)際并不存在。 4合外力與向心力的關(guān)系(如圖),同學(xué)們小的時候都吃過松軟可口的“棉花”糖，制作“棉花”糖的器具主要由分布有小孔的內(nèi)筒和外筒組成，內(nèi)筒與洗衣機(jī)的脫水筒相似，可以在腳的踏動下旋轉(zhuǎn)。在內(nèi)筒里面加入白砂糖，加熱使糖熔化成糖汁。如圖所示，一個師傅正在給兩位小朋友制作“棉花”糖。試分析制作“棉花”糖的原理。,答案：內(nèi)筒高速旋轉(zhuǎn)時，黏稠的糖汁就做離心運(yùn)動，從內(nèi)筒壁的小孔飛散出去成為絲狀，到達(dá)溫度較低的外筒時，迅速

8、冷卻凝固，變得纖細(xì)雪白，像一團(tuán)團(tuán)棉花。,對火車、汽車轉(zhuǎn)彎問題的探究,鐵路轉(zhuǎn)彎處的圓弧半徑是300m，軌距是1.435m，規(guī)定火車通過這里的速度是72km/h，內(nèi)外軌的高度差應(yīng)該是多大，才能使鐵軌不受輪緣的擠壓？保持內(nèi)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。,解析：火車在轉(zhuǎn)彎時所需的向心力在“臨界”狀況時由火車所受的重力和軌道對火車的支持力的合力提供。如圖所示，圖中h為內(nèi)外軌高度差，L為軌距。,討論：(1)如果車速v72km/h(20m/s)，F(xiàn)將小于需要的向心力，所差的力仍需由外軌對輪緣的彈力來彌補(bǔ)。這樣就出現(xiàn)外側(cè)車輪的輪緣向外擠壓外軌的現(xiàn)象。 (2

9、)如果車速v72km/h，F(xiàn)將大于需要的向心力。超出的力則由內(nèi)軌對內(nèi)側(cè)車輪緣的壓力來平衡，這樣就出現(xiàn)了內(nèi)側(cè)車輪的輪緣向外擠壓內(nèi)軌的現(xiàn)象。 點(diǎn)評：臨界值是圓周運(yùn)動中經(jīng)?？疾榈囊粋€重點(diǎn)內(nèi)容，它是物體在做圓周運(yùn)動過程中，發(fā)生質(zhì)變的數(shù)值或使物體受力情況發(fā)生變化的關(guān)鍵數(shù)值，今后要注意對臨界值的判斷和應(yīng)用。,在高速公路的拐彎處，通常路面都是外高內(nèi)低。如圖所示，在某路段汽車向左拐彎，司機(jī)左側(cè)的路面比右側(cè)的路面低一些。汽車的運(yùn)動可看做是做半徑為R的在水平面內(nèi)的圓周運(yùn)動。設(shè)內(nèi)外路面高度差為h，路基的水平寬度為d，路面的寬度為L。已知重力加速度為g。要使車輪與路面之間的橫向摩擦力(即垂直于前進(jìn)方向)等于零，則汽車

10、轉(zhuǎn)彎時的車速應(yīng)等于(),答案：B,汽車在拱橋上運(yùn)動的有關(guān)問題,如圖所示，質(zhì)量m2.0104kg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3.0105N則：,(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) 解析：汽車在拱橋上運(yùn)動時，對凹形橋的壓力大于其重力，而對凸形橋則壓力小于重力。由此可知，對凹形橋則存在一個允許最大速率，對凸形橋則有最小壓力?？筛鶕?jù)圓周運(yùn)動知識，在最低點(diǎn)和最高點(diǎn)列方程求解。 汽車駛至凹面的底部時，合力向上，此時車對橋面壓力最大；汽車駛至凸面的頂部時，合力向下，

11、此時車對橋面的壓力最小。,點(diǎn)評：在汽車經(jīng)過拱形橋或類似的物體經(jīng)過豎直曲線做圓周運(yùn)動的問題中，一般在軌道的最低點(diǎn)和最高點(diǎn)分析受力列方程，無論該類題目的具體內(nèi)容如何，通過分析受力，找出提供的向心力列方程求解是最基本的方法。,(山東實(shí)驗(yàn)中學(xué)20142015學(xué)年高一下學(xué)期檢測)如圖所示，小物體位于半徑為R的半球頂端，若給小物體以水平初速度v0時，小物體對球頂恰無壓力，則() 答案：ABC,離心運(yùn)動,如圖所示，光滑水平面上，小球m在拉力F作用下做勻速圓周運(yùn)動，若小球運(yùn)動到P點(diǎn)時，拉力F發(fā)生變化，關(guān)于小球運(yùn)動情況的說法正確的是(),答案：ACD,如圖所示是一種娛樂設(shè)施“魔盤”，畫面反映的是魔盤旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速較大

12、時盤中人的情景。甲、乙、丙三位同學(xué)看了圖后發(fā)生爭論，甲說：“圖畫錯了，做圓周運(yùn)動的物體受到向心力的作用，魔盤上的人應(yīng)該向中心靠攏?！币艺f：“圖畫得對，因?yàn)樾D(zhuǎn)的魔盤給人離心力，所以人向盤邊緣靠攏?！北f：“圖畫得對，當(dāng)盤對人的摩擦力不能滿足人做圓周運(yùn)動的向心力時，人會逐漸遠(yuǎn)離圓心?！边@三位同學(xué)的說法正確的是(),A甲 B乙 C丙 D都有道理 答案：C 解析：當(dāng)向心力不足時，物體會做離心運(yùn)動，A錯誤，C正確；離心力是不存在的，B錯誤。,開放探究,如圖所示，游樂場翻滾過山車上的乘客常常會在高速旋轉(zhuǎn)或高空倒懸時嚇得魂飛魄散，但這種車的設(shè)計有足夠的安全系數(shù)，過山車在做圓周運(yùn)動時，可以使乘客穩(wěn)定在座椅上

13、，還有安全棒緊緊壓在乘客胸前，在過山車未到達(dá)終點(diǎn)以前，誰也無法將它們打開。設(shè)想如下數(shù)據(jù)，軌道最高處離地面32m，最低處幾乎貼地，圓環(huán)直徑15m，過山車經(jīng)過最低點(diǎn)時的速度約25m/s，經(jīng)過最高點(diǎn)時的速度約18m/s。試?yán)门ｎD第二定律和圓周運(yùn)動的知識，探究這樣的情況下能否保證乘客的安全？(g取10m/s2),解析：首先我們分析一下當(dāng)過山車運(yùn)動到圓環(huán)底部和圓環(huán)頂部時過山車中人的受力情況：重力mg，F(xiàn)N下和FN上分別為過山車在圓環(huán)底部和頂部時座椅對人的支持力(為使問題簡化，可不考慮摩擦及空氣阻力)。我們知道，過山車沿圓環(huán)滑動，人也在做圓周運(yùn)動，這時人做圓周運(yùn)動所需的向心力由mg和FN提供。用v下表示人在圓環(huán)底部的速度，v上表示人在圓環(huán)頂部的速度，R表示圓環(huán)的半徑，則：,2013年6月20日上午10時，中國首位“太空教師”王亞平在天宮一號太空艙內(nèi)做了如下兩個實(shí)驗(yàn)：實(shí)驗(yàn)一，將用細(xì)線懸掛的小球由靜止釋放，小球呈懸浮