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_第1頁
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文檔簡介

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

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