2020版新教材高中物理第六章圓周運(yùn)動(dòng)習(xí)題課圓周運(yùn)動(dòng)的臨界問題課件新人教版必修第二冊(cè).pptx

1、習(xí)題課:圓周運(yùn)動(dòng)的臨界問題,探究一,探究二,隨堂檢測(cè),水平面內(nèi)圓周運(yùn)動(dòng)的臨界問題 情景導(dǎo)引 賽車在水平路面上轉(zhuǎn)彎時(shí),常常在彎道上沖出跑道,如果你是賽車手,怎樣做才能避免發(fā)生這種現(xiàn)象? 要點(diǎn)提示:賽車在水平路面上轉(zhuǎn)彎時(shí),路面的靜摩擦力提供向心力。若賽車所需要的向心力大于地面的最大靜摩擦力,則賽車會(huì)沖出跑道。因此,轉(zhuǎn)彎前應(yīng)適當(dāng)降低速度。,探究一,探究二,隨堂檢測(cè),知識(shí)歸納 1.水平面內(nèi)圓周運(yùn)動(dòng)的臨界問題:在水平面上做圓周運(yùn)動(dòng)的物體,當(dāng)角速度變化時(shí),物體有遠(yuǎn)離或向著圓心運(yùn)動(dòng)(半徑有變化)的趨勢(shì)。當(dāng)物體所需要的向心力大于提供向心力的力時(shí),物體就脫離軌道。當(dāng)提供向心力的力取最大值時(shí),物體做圓周運(yùn)動(dòng)的角速

2、度就達(dá)到最大。 2.解題方法:確定臨界條件是關(guān)鍵,一般通過極限思維來(lái)確定臨界條件,即把物理問題(或過程)推向極端,從而使臨界現(xiàn)象顯現(xiàn),確定臨界條件。 3.常見臨界條件:(1)與繩子的彈力有關(guān):繩子恰好無(wú)彈力或恰好拉力最大(斷裂)時(shí);(2)與支持面彈力有關(guān)的:恰好無(wú)支持力時(shí);(3)與靜摩擦力有關(guān):靜摩擦力達(dá)到最大值時(shí)。,探究一,探究二,隨堂檢測(cè),實(shí)例引導(dǎo) 例1(多選)如圖所示,兩個(gè)質(zhì)量均為m的小木塊a和b(可視為質(zhì)點(diǎn))放在水平圓盤上,a與轉(zhuǎn)軸OO的距離為l,b與轉(zhuǎn)軸的距離為2l。木塊與圓盤的最大靜摩擦力為木塊所受重力的k倍,重力加速度大小為g,若圓盤從靜止開始繞轉(zhuǎn)軸緩慢地加速轉(zhuǎn)動(dòng),用表示圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)

3、的角速度。下列說(shuō)法正確的是() A.b一定比a先開始滑動(dòng) B.a、b所受的摩擦力始終相等,探究一,探究二,隨堂檢測(cè),答案:AC 規(guī)律方法 物體隨水平轉(zhuǎn)盤做圓周運(yùn)動(dòng),通常是靜摩擦力提供向心力,靜摩擦力隨轉(zhuǎn)速的增大而增大,當(dāng)靜摩擦力增大到最大靜摩擦力時(shí),物體達(dá)到保持圓周運(yùn)動(dòng)的最大速度。若轉(zhuǎn)速繼續(xù)增大,物體將做離心運(yùn)動(dòng)。,探究一,探究二,隨堂檢測(cè),例2如圖所示,一根長(zhǎng)為l=1 m的細(xì)線一端系一質(zhì)量為m=1 kg的小球(可視為質(zhì)點(diǎn)),另一端固定在一光滑錐體頂端,錐面與豎直方向的夾角為=37。(g取10 m/s2,sin 37=0.6,cos 37=0.8,結(jié)果可用根式表示),(1)若要使小球剛好離開錐

4、面,則小球的角速度0為多大? (2)若細(xì)線與豎直方向的夾角為60,則小球的角速度為多大?,探究一,探究二,隨堂檢測(cè),解析:(1)若要使小球剛好離開錐面,則小球只受到重力和細(xì)線的拉力,小球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的軌跡圓在水平面上,故向心力沿水平方向,受力分析如圖所示。由牛頓第二定律及向心力公式得mgtan=m 0 2 lsin,探究一,探究二,隨堂檢測(cè),規(guī)律方法 (1)審題中尋找類似“剛好”“取值范圍”“最大、最小”等字眼,看題述過程是否存在臨界(極值)問題。 (2)解決臨界(極值)問題的一般思路,首先要考慮達(dá)到臨界條件時(shí)物體所處的狀態(tài),其次分析該狀態(tài)下物體的受力特點(diǎn),最后結(jié)合圓周運(yùn)動(dòng)知識(shí),列出相應(yīng)的動(dòng)

5、力學(xué)方程綜合分析。,探究一,探究二,隨堂檢測(cè),豎直面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng) 情景導(dǎo)引 小球分別在輕繩(如圖甲)和輕桿(如圖乙)的一端繞另一端在豎直平面內(nèi)運(yùn)動(dòng),請(qǐng)思考:,(1)小球要在豎直平面內(nèi)完成圓周運(yùn)動(dòng),經(jīng)過最高點(diǎn)時(shí)的最小速度能為零嗎? (2)小球經(jīng)過最高點(diǎn)時(shí),與繩(或桿)之間的作用力可以為零嗎? 要點(diǎn)提示:(1)因?yàn)槔K不能產(chǎn)生支持力,而桿可以,所以甲圖中小球經(jīng)過最高點(diǎn)時(shí)的速度不可能為零,乙圖中小球經(jīng)過最高點(diǎn)的最小速度可以為零。(2)若小球與繩(或桿)之間沒有作用力,則只有重力提供向心力,所以在最高點(diǎn)時(shí)小球與繩(或桿)之間的作用力可以為零。,探究一,探究二,隨堂檢測(cè),知識(shí)歸納 1.運(yùn)動(dòng)性質(zhì) 物體在豎直

6、平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí),受彈力和重力兩個(gè)力的作用,物體做變速圓周運(yùn)動(dòng)。 2.最低點(diǎn) 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,探究一,探究二,隨堂檢測(cè),3.最高點(diǎn) 物體在最高點(diǎn)時(shí)的受力特點(diǎn)可分為以下兩種模型:,探究一,探究二,隨堂檢測(cè),探究一,探究二,隨堂檢測(cè),探究一,探究二,隨堂檢測(cè),典例剖析 例3長(zhǎng)L=0.5 m 質(zhì)量可忽略的細(xì)桿,其一端可繞O點(diǎn)在豎直平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng),另一端固定著一個(gè)物體A。A的質(zhì)量為m=2 kg,當(dāng)A通過最高點(diǎn)時(shí),如圖所示,求在下列兩種情況下小球?qū)U的作用力: (1)A在最高點(diǎn)的速度為1 m/s。 (2)A在最高點(diǎn)的速度為4 m/s。,探究一,探究二,隨堂檢測(cè),答案:

7、(1)16 N向下(2)44 N向上,探究一,探究二,隨堂檢測(cè),規(guī)律方法 豎直平面內(nèi)圓周運(yùn)動(dòng)的分析方法 (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。,探究一,探究二,隨堂檢測(cè),變式訓(xùn)練如圖所示,輕桿的一端有一小球,另一端有光滑的固定軸O,現(xiàn)給小球一個(gè)初速度,使球和桿一起繞O軸在豎直面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng),不計(jì)空氣阻力,用F表示球到達(dá)最高點(diǎn)時(shí)桿對(duì)小球的作用力,則F() A.一定是拉力 B.一定是支持力 C.一定等于零 D.可能是拉力,可能是支持力,也可能等于零,答案:D

8、,探究一,探究二,隨堂檢測(cè),1.如圖所示,運(yùn)動(dòng)員以速度v在傾角為的傾斜賽道上做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。已知運(yùn)動(dòng)員及自行車的總質(zhì)量為m,做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為R,重力加速度為g,將運(yùn)動(dòng)員和自行車看作一個(gè)整體,則() A.受重力、支持力、摩擦力、向心力作用,C.若運(yùn)動(dòng)員加速,則一定沿斜面上滑 D.若運(yùn)動(dòng)員減速,則一定加速沿斜面下滑,解析:將運(yùn)動(dòng)員和自行車看作一個(gè)整體,則系統(tǒng)受重力、支持力、摩擦力作用,向心力是按力的作用效果命名的力,不是物體實(shí)際受到的力,A錯(cuò)誤;系統(tǒng)所受合力提供向心力,大小為F=m ,B正確;運(yùn)動(dòng)員加速,系統(tǒng)有向上運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì),但不一定沿斜面上滑,同理運(yùn)動(dòng)員減速,也不一定沿斜面下滑,C、D均錯(cuò)誤。

9、 答案:B,探究一,探究二,隨堂檢測(cè),2.一輕桿一端固定質(zhì)量為m的小球,以另一端O為圓心,使小球在豎直面內(nèi)做半徑為R的圓周運(yùn)動(dòng),如圖所示,重力加速度為g。下列說(shuō)法正確的是() A.小球過最高點(diǎn)時(shí),桿所受到的彈力可以等于零,C.小球過最高點(diǎn)時(shí),桿對(duì)球的作用力一定隨速度增大而增大 D.小球過最高點(diǎn)時(shí),桿對(duì)球的作用力一定隨速度增大而減小,答案:A,探究一,探究二,隨堂檢測(cè),3.如圖所示,一個(gè)豎直放置的圓錐筒可繞其中心軸OO轉(zhuǎn)動(dòng),筒內(nèi)壁粗糙,筒口半徑和筒高分別為R和H,筒內(nèi)壁A點(diǎn)的高度為筒高的一半,內(nèi)壁上有一質(zhì)量為m的小物塊,求: (1)當(dāng)圓錐筒不轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),物塊靜止在筒壁A點(diǎn)受到的摩擦力和支持力的大小; (2)當(dāng)物塊在A點(diǎn)隨