5.7 生活中的圓周運(yùn)動(dòng) 課件(人教版必修2)
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7 生活中的圓周運(yùn)動(dòng),1.會(huì)分析具體圓周運(yùn)動(dòng)問題中向心力的來源,能解決生活中的圓周運(yùn)動(dòng)問題. 2.了解航天器中的失重現(xiàn)象及原因. 3.了解離心運(yùn)動(dòng)及物體做離心運(yùn)動(dòng)的條件,知道離心運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用及危害.,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.,鐵路的彎道,圓周,向心,2.向心力來源 (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)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. 如圖5-7-1所示.,圖5-7-1,外軌,重力,支持力,思考1:火車行駛速度大于規(guī)定的速度時(shí),是外軌還是內(nèi)軌受到擠壓易受損? 提示:外軌,1.關(guān)于鐵路轉(zhuǎn)彎處內(nèi)軌和外軌間的高度關(guān)系,下列說法中正確的是 ( ). A.內(nèi)軌和外軌一樣高,以防列車傾倒 B.因?yàn)榱熊囋谵D(zhuǎn)彎處有向內(nèi)傾倒的可能,故一般使內(nèi)軌高于外軌,以防列車傾倒 C.外軌比內(nèi)軌略高,這樣可以使列車順利轉(zhuǎn)彎,減少車輪與鐵軌間的擠壓 D.以上說法都不對(duì),解析 列車轉(zhuǎn)彎時(shí)實(shí)際是在做圓周運(yùn)動(dòng),若內(nèi)軌和外軌一樣高,則列車做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由外軌對(duì)輪緣的彈力提供,但由于列車質(zhì)量太大,輪緣與外軌間的彈力太大,鐵軌與車輪極易受損,可能造成翻車事故;若轉(zhuǎn)彎處外軌比內(nèi)軌略高,此時(shí)列車轉(zhuǎn)彎所需的向心力可由列車的重力和鐵軌的支持力的合力提供.故選項(xiàng)C正確. 答案 C,拱形橋,FN-G,,,,,,,思考2:汽車在水平路面上勻速行駛時(shí),對(duì)地面的壓力等于車重,加速行駛時(shí)大于車重嗎? 提示:汽車在水平路面上不論是勻速行駛,還是加速行駛時(shí),豎直方向上受重力和支持力,二力平衡,所以對(duì)地面的壓力始終等于車重.,2.一輛滿載的卡車在起伏的公路上勻速行駛,如圖5-7-2所示,由于輪胎過熱,容易爆胎.爆胎可能性最大的地段是 ( ). A.A處 B.B處 C.C處 D.D處,圖5-7-2,答案 D,1.向心力分析 宇航員受到的地球引力與座艙對(duì)他的支持力的合力為他提供向心力,_________=m . 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).,航天器中的失重現(xiàn)象,mg-FN,完全失重,思考3:航天器中處于完全失重狀態(tài)的物體一定不受重力作用? 提示:處于完全失重狀態(tài)的物體仍受重力作用.,3.宇宙飛船繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng),下列說法正確的有 ( ). A.在飛船內(nèi)可以用天平測(cè)量物體的質(zhì)量 B.在飛船內(nèi)可以用水銀氣壓計(jì)測(cè)艙內(nèi)的氣壓 C.在飛船內(nèi)可以用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)拉力 D.在飛船內(nèi)將重物掛于彈簧測(cè)力計(jì)上,彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)為0,但重物仍受地球的引力,解析 飛船內(nèi)的物體處于完全失重狀態(tài),此時(shí)放在天平上的物體對(duì)天平的壓力為0,因此不能用天平測(cè)量物體的質(zhì)量,A錯(cuò)誤;同理,水銀也不會(huì)產(chǎn)生壓力,故水銀氣壓計(jì)也不能使用,B錯(cuò)誤;彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)拉力遵從胡克定律,拉力的大小與彈簧伸長(zhǎng)量成正比,C正確;飛船內(nèi)的重物處于完全失重狀態(tài),并不是不受重力,而是重力全部用于提供物體做圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力,D正確. 答案 CD,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_______,制作無縫鋼管、水泥線桿等.,離心運(yùn)動(dòng),逐漸遠(yuǎn)離,消失,所需向心力,脫水筒,4.下列關(guān)于離心現(xiàn)象的說法正確的是 ( ). A.當(dāng)物體所受的離心力大于向心力時(shí)產(chǎn)生離心現(xiàn)象 B.做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體,當(dāng)它所受的一切力都突然消失時(shí),它將做背離圓心的圓周運(yùn)動(dòng) C.做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體,當(dāng)它所受的一切力都突然消失時(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)它所受的一切力都突然消失時(shí),它將做曲線運(yùn)動(dòng),解析 向心力是根據(jù)效果命名的力,做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體所需要的向心力,是它所受的某個(gè)力或幾個(gè)力的合力提供的,因此,它并不受向心力和離心力的作用.它之所以產(chǎn)生離心現(xiàn)象是由于F合F向=mω2r,故A錯(cuò).物體在做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí),若它所受到的力都突然消失,根據(jù)牛頓第一定律,它將從這時(shí)起做勻速直線運(yùn)動(dòng),故C正確,B、D錯(cuò). 答案 C,1.軌道平面——在水平面內(nèi) 2.轉(zhuǎn)彎速度 設(shè)轉(zhuǎn)彎處的半徑為R,行駛的火車質(zhì)量為m,兩軌所在平面與水平面之間的夾角為θ,如圖5-7-3所示.,火車轉(zhuǎn)彎問題,圖5-7-3,【典例1】 火車在半徑r=900 m的彎道轉(zhuǎn)彎,火車質(zhì)量為8×105 kg,軌道寬為l=1.4 m,外軌比內(nèi)軌高h(yuǎn)=14 cm,為了使鐵軌不受輪緣的擠壓,火車的速度應(yīng)為多大?(g取10 m/s2),答案 30 m/s,(1)軌道輪緣壓力與火車速度的關(guān)系 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支持力的合力提供,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: ①當(dāng)火車行駛速度vv0時(shí),外軌道對(duì)輪緣有側(cè)壓力. ②當(dāng)火車行駛速度vv0時(shí),內(nèi)軌道對(duì)輪緣有側(cè)壓力. (2)處理這類題目需要弄清兩個(gè)方面的問題,一是向心力來源,二是火車轉(zhuǎn)彎時(shí)軌道平面和圓心. (3)汽車、摩托車賽道拐彎處,高速公路轉(zhuǎn)彎處設(shè)計(jì)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.,【跟蹤1】 賽車在傾斜的軌道上轉(zhuǎn)彎如圖5-7-4所示,彎道的傾角為θ,半徑為r,則賽車完全不靠摩擦力轉(zhuǎn)彎的速率是(設(shè)轉(zhuǎn)彎半徑水平) ( ).,圖5-7-4,答案 C,汽車駛至凹形橋面的底部時(shí),合力向上,此時(shí)車對(duì)橋面壓力最大;當(dāng)車駛至凸形橋面的頂部時(shí),合力向下,此時(shí)車對(duì)橋面的壓力最?。?汽車過橋問題的分析,【典例2】 一輛質(zhì)量為800 kg的汽車在圓弧半徑為50 m的拱橋上行駛.(g取10 m/s2) (1)若汽車到達(dá)橋頂時(shí)速度為v1=5 m/s,汽車對(duì)橋面的壓力是多大? (2)汽車以多大速度經(jīng)過橋頂時(shí),恰好對(duì)橋面沒有壓力? (3)汽車對(duì)橋面的壓力過小是不安全的,因此汽車過橋時(shí)的速度不能過大.對(duì)于同樣的車速,拱橋圓弧的半徑大些比較安全,還是小些比較安全? (4)如果拱橋的半徑增大到與地球半徑一樣大,汽車要在橋面上騰空,速度至少為多大?(已知地球半徑為6 400 km),解析 如圖所示,汽車到達(dá)橋頂時(shí),受到重力mg和橋面對(duì)它的支持力FN的作用.(1)汽車對(duì)橋面的壓力大小等于橋面對(duì)汽車的支持力FN.汽車過橋時(shí)做圓周運(yùn)動(dòng),重力和支持力的合力提供向心力,根據(jù)牛頓第二定律有,答案 (1)7 600 N (2)22.4 m/s (3)半徑大些比較安全 (4)8 000 m/s,(1)分析汽車過橋這類問題時(shí)應(yīng)把握以下兩點(diǎn): ①汽車在拱橋上的運(yùn)動(dòng)是豎直面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng). ②汽車在橋頂時(shí)受到重力和橋面的支持力作用,這兩個(gè)力的合力提供向心力. (2)解題步驟是: ①選取研究對(duì)象,確定軌道平面、圓心位置和軌道半徑; ②正確分析研究對(duì)象的受力情況(切記:向心力是按作用效果命名的力,在受力分析時(shí)不能列出),明確向心力的來源;③根據(jù)牛頓運(yùn)動(dòng)定律列方程求解.,【跟蹤2】 如圖5-7-5所示,質(zhì)量m=2.0×104 kg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20 m.如果橋面承受的壓力不得超過3.0×105 N,則: (1)汽車允許的最大速度是多少? (2)若以所求速度行駛,汽車對(duì)橋面的最小壓力是多少?(g取10 m/s2),圖5-7-5,答案 (1)10 m/s (2)105 N,物理建模4 豎直面內(nèi)圓周運(yùn)動(dòng)的臨界問題 模型特點(diǎn),典例剖析 【典例】 一細(xì)桿與水桶相連,水桶中裝有水,水桶與細(xì)桿一起在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng),如圖5-7-6所示,水的質(zhì)量m=0.5 kg,水的重心到轉(zhuǎn)軸的距離l=50 cm.(g取10 m/s2) 圖5-7-6 (1)若在最高點(diǎn)水不流出來,求桶的最小速率; (2)若在最高點(diǎn)水桶的速率v=3 m/s,求水對(duì)桶底的壓力.,解析 分別以水桶和桶中的水為研究對(duì)象,對(duì)它們進(jìn)行受力分析,找出它們做圓周運(yùn)動(dòng)所需向心力的來源,根據(jù)牛頓運(yùn)動(dòng)定律建立方程求解.,答案 2.24 m/s (2)4 N,【審題技巧】 處理新穎陌生的實(shí)際問題時(shí)的基本思路,【我來沖關(guān)】 (1)如圖(甲)所示,凸形拱橋半徑為R,汽車過橋時(shí)在頂端的最大速度是多少? 圖5-7-7,(2)如圖(乙)所示,長(zhǎng)為R的輕繩一端系一小球在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng),它在最高點(diǎn)的最小速度是多少?,【狀元微博】 (1)處理物體在豎直平面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng),研究物體經(jīng)過最高點(diǎn)或最低點(diǎn)的臨界條件問題時(shí),關(guān)鍵是對(duì)物體進(jìn)行受力分析弄清向心力的來源. (2)特別是“輕繩問題”和“輕桿問題”,剛好能過最高點(diǎn)時(shí)“輕繩問題”條件只是重力提供向心力;“輕桿問題”條件是速度為0,桿的支持力等于重力. (3)汽車過拱橋,在最高點(diǎn)橋面只能產(chǎn)生向上的支持力,故向心力等于重力時(shí)的速度為不脫離橋面的最大速度.,一、交通工具的轉(zhuǎn)彎問題 1.鐵路轉(zhuǎn)彎處的彎道半徑r是根據(jù)地形決定的.彎道處要求外軌比內(nèi)軌高,其內(nèi)、外軌高度差h的設(shè)計(jì)不僅與r有關(guān),還與火車在彎道上的行駛速度v有關(guān).下列說法正確的是 ( ). A.速率v一定時(shí),r越小,要求h越大 B.速率v一定時(shí),r越大,要求h越大 C.半徑r一定時(shí),v越小,要求h越大 D.半徑r一定時(shí),v越大,要求h越大,答案 AD,2.在高速公路的拐彎處,路面建造得外高內(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θ,設(shè)拐彎路段是半徑為R的圓弧,要使車速為v時(shí)車輪與路面之間的橫向(即垂直于前進(jìn)方向)摩擦力等于零,θ應(yīng)等于 ( ).,答案 B,二、豎直面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)問題 3.“快樂向前沖”節(jié)目中有這樣一種項(xiàng)目,選手需要借助懸掛在高處的繩飛躍到鴻溝對(duì)面的平臺(tái)上,如果已知選手的質(zhì)量為m,選手抓住繩由靜止開始擺動(dòng),此時(shí)繩與豎直方向夾角為α,如圖5-7-8所示,不考慮空氣阻力和繩的質(zhì)量(選手可看為質(zhì)點(diǎn)),下列說法正確的是 ( ).,圖5-7-8,A.選手?jǐn)[動(dòng)到最低點(diǎn)時(shí)所受繩子的拉力等于mg B.選手?jǐn)[動(dòng)到最低點(diǎn)時(shí)所受繩子的拉力大于mg C.選手?jǐn)[動(dòng)到最低點(diǎn)時(shí)所受繩子的拉力大于選手對(duì)繩子的拉力 D.選手?jǐn)[動(dòng)到最低點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)過程為勻變速曲線運(yùn)動(dòng) 解析 由于選手?jǐn)[動(dòng)到最低點(diǎn)時(shí),繩子拉力和選手自身重力的合力提供選手做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力,有FT-mg=F向,F(xiàn)T=mg+F向mg,B正確. 答案 B,4.圖5-7-9所示為模擬過山車的實(shí)驗(yàn)裝置,小球從左側(cè)的最高點(diǎn)釋放后能夠通過豎直圓軌道而到達(dá)右側(cè).若豎直圓軌道的半徑為R,要使小球能順利通過豎直圓軌道,則小球通過豎直圓軌道的最高點(diǎn)時(shí)的角速度最小為( ).,圖5-7-9,答案 C,三、離心運(yùn)動(dòng)問題 5.如圖5-7-10所示,光滑的水平面上,小球在拉力F作用下做勻速圓周運(yùn)動(dòng),若小球到達(dá)P點(diǎn)時(shí)F突然發(fā)生變化,下列關(guān)于小球運(yùn)動(dòng)的說法正確的是 ( ).,圖5-7-10,A.F突然消失,小球?qū)⒀剀壽EPa做離心運(yùn)動(dòng) B.F突然變小,小球?qū)⒀剀壽EPa做離心運(yùn)動(dòng) C.F突然變大,小球?qū)⒀剀壽EPb做離心運(yùn)動(dòng) D.F突然變小,小球?qū)⒀剀壽EPc逐漸靠近圓心 解析 F突然消失時(shí),小球?qū)⒀卦摃r(shí)刻線速度方向,即沿軌跡Pa做離心運(yùn)動(dòng),選項(xiàng)A正確;F突然變小時(shí),小球?qū)?huì)沿軌跡Pb做離心運(yùn)動(dòng),選項(xiàng)B、D均錯(cuò)誤;F突然變大時(shí),小球?qū)⒀剀壽EPc做近心運(yùn)動(dòng),選項(xiàng)C錯(cuò)誤. 答案 A,同學(xué)們,來學(xué)校和回家的路上要注意安全,同學(xué)們,來學(xué)校和回家的路上要注意安全,- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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