（新課標(biāo)）2018-2019學(xué)年高考物理 1.1.7 生活中的圓周運(yùn)動(dòng)課件.ppt

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1、1.1.7生活中的圓周運(yùn)動(dòng),一、火車(chē)轉(zhuǎn)彎問(wèn)題 觀圖助學(xué),火車(chē)轉(zhuǎn)彎時(shí)外軌與內(nèi)軌的高度一樣嗎？火車(chē)轉(zhuǎn)彎的向心力來(lái)源是什么？火車(chē)的車(chē)輪設(shè)計(jì)有什么特點(diǎn)？,1.火車(chē)在彎道上的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)：火車(chē)轉(zhuǎn)彎時(shí)實(shí)際上做__________，因而具有______加速度，由于其質(zhì)量巨大，需要很大的向心力。 2.向心力的來(lái)源 (1)若鐵路彎道的內(nèi)外軌一樣高，則由外軌對(duì)輪緣的_______提供向心力，這樣，鐵軌和車(chē)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。,圓周運(yùn)動(dòng),向心,彈力,重力G,支持力FN,理解概念,判斷下列說(shuō)法是否正確。

2、 (1)火車(chē)彎道的半徑很大，故火車(chē)轉(zhuǎn)彎需要的向心力很小。( ) (2)火車(chē)轉(zhuǎn)彎時(shí)的向心力一定是重力與鐵軌支持力的合力提供的。( ) (3)火車(chē)通過(guò)彎道時(shí)必須按規(guī)定速度行駛。( ),,,,二、拱形橋 觀圖助學(xué),同一輛汽車(chē)先后經(jīng)過(guò)凹形區(qū)域和凸形區(qū)域，在哪一區(qū)域汽車(chē)對(duì)地面的壓力更大？,汽車(chē)過(guò)凸形橋與凹形橋的比較,越小,越大,理解概念,判斷下列說(shuō)法是否正確。 (1)汽車(chē)駛過(guò)凸形橋最高點(diǎn)，對(duì)橋的壓力可能等于零。( ) (2)汽車(chē)過(guò)凸形橋或凹形橋時(shí)，向心加速度的方向都是豎直向上的。( ) (3)汽車(chē)駛過(guò)凹形橋最低點(diǎn)時(shí)，對(duì)橋的壓力一定大于重力。( ),,,,三、航天器中的失重現(xiàn)象 觀圖助學(xué),空間

3、站中的宇航員 (1)空間站中的物體為什么能漂浮在空中？ (2)空間站中的宇航員為什么躺著與站著一樣舒服？ (3)我國(guó)宇航員王亞平為什么能在空間站做“水球”實(shí)驗(yàn)？,mgFN,,完全失重,理解概念,判斷下列說(shuō)法是否正確。 (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)。 ( ) (2)航天器中處于完全失重狀態(tài)的物體不受重力作用。 ( ),,四、離心運(yùn)動(dòng) 觀圖助學(xué),(1)摩托車(chē)賽車(chē)過(guò)彎道時(shí)為什么向內(nèi)側(cè)傾斜？車(chē)速過(guò)快容易向哪一側(cè)甩出去？ (2)滑雪運(yùn)動(dòng)員過(guò)彎道時(shí)為什么向內(nèi)側(cè)傾斜？否則容易向哪一側(cè)甩出去？ (3)旋轉(zhuǎn)拖把為什么能把拖把頭上的水甩干？,1.定義：物體沿切線

4、飛出或做_____________圓心的運(yùn)動(dòng)。 2.原因：向心力突然______或合力不足以提供____________________。 3.應(yīng)用：洗衣機(jī)的___________，制作無(wú)縫鋼管、水泥管道、水泥電線桿等。 理解概念 判斷下列說(shuō)法是否正確。 (1)做離心運(yùn)動(dòng)的物體沿半徑方向遠(yuǎn)離圓心。( ) (2)做圓周運(yùn)動(dòng)的物體突然失去向心力時(shí)沿切線方向遠(yuǎn)離圓心。( ) (3)做圓周運(yùn)動(dòng)的物體只有突然失去向心力時(shí)才做離心運(yùn)動(dòng)。( ),逐漸遠(yuǎn)離,消失,所需的向心力,脫水筒,,,,觀察探究,火車(chē)在鐵軌上轉(zhuǎn)彎可以看成是勻速圓周運(yùn)動(dòng)，如圖1所示，請(qǐng)思考下列問(wèn)題：,鐵路的彎道問(wèn)題,圖1 重力G與支持

5、力FN的合力F是使火車(chē)轉(zhuǎn)彎的向心力,(1)火車(chē)轉(zhuǎn)彎處的鐵軌有什么特點(diǎn)？火車(chē)受力如何？運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)如何？ (2)火車(chē)以規(guī)定的速度轉(zhuǎn)彎時(shí)，什么力提供向心力？ (3)火車(chē)轉(zhuǎn)彎時(shí)速度過(guò)大或過(guò)小，會(huì)對(duì)哪側(cè)軌道有側(cè)壓力？ 答案(1)火車(chē)轉(zhuǎn)彎處，外軌高于內(nèi)軌；由于外軌高于內(nèi)軌，火車(chē)所受支持力的方向斜向上，火車(chē)所受支持力與重力的合力可以提供向心力；火車(chē)轉(zhuǎn)彎處雖然外軌高于內(nèi)軌，但火車(chē)在行駛的過(guò)程中，中心的高度不變，即在同一水平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，即火車(chē)的向心加速度和向心力均沿水平面指向圓心。 (2)火車(chē)以規(guī)定的速度轉(zhuǎn)彎時(shí)，重力和支持力的合力提供向心力。 (3)火車(chē)轉(zhuǎn)彎時(shí)速度過(guò)大會(huì)對(duì)軌道外側(cè)有壓力，速度過(guò)小會(huì)對(duì)軌道內(nèi)

6、側(cè)有壓力。,探究歸納 1.火車(chē)在彎道上的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn),火車(chē)在彎道上運(yùn)動(dòng)時(shí)實(shí)際上是在水平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)，由于其質(zhì)量巨大，需要很大的向心力。,2.轉(zhuǎn)彎軌道受力與火車(chē)速度的關(guān)系,圖2,試題案例,圖3,答案C,例2 (2018菏澤高一檢測(cè))有一列重為100 t的火車(chē)，以72 km/h的速率勻速通過(guò)一個(gè)內(nèi)外軌一樣高的彎道，軌道半徑為400 m。(g取10 m/s2) (1)試計(jì)算鐵軌受到的側(cè)壓力大?。?(2)若要使火車(chē)以此速率通過(guò)彎道，且使鐵軌受到的側(cè)壓力為零，我們可以適當(dāng)傾斜路基，試計(jì)算路基傾斜角度的正切值。,解析(1)v72 km/h20 m/s，外軌對(duì)輪緣的側(cè)壓力提供火車(chē)轉(zhuǎn)彎所需要的向心力，所以有：,

7、答案(1)105 N(2)0.1,,解答火車(chē)轉(zhuǎn)彎問(wèn)題的兩個(gè)關(guān)鍵 (1)合外力的方向：火車(chē)轉(zhuǎn)彎時(shí)，火車(chē)所受合外力沿水平方向指向圓心，而不是沿軌道斜面向下。因?yàn)?，火?chē)轉(zhuǎn)彎的圓周平面是水平面，不是斜面，所以火車(chē)的向心力即合外力應(yīng)沿水平面指向圓心。 (2)規(guī)定速度：火車(chē)軌道轉(zhuǎn)彎處的規(guī)定速率一旦確定則是唯一的，火車(chē)只有按規(guī)定的速率轉(zhuǎn)彎，內(nèi)外軌才不受火車(chē)的擠壓作用。速率過(guò)大時(shí)，由重力、支持力及外軌對(duì)輪緣的擠壓力的合力提供向心力；速率過(guò)小時(shí)，由重力、支持力及內(nèi)軌對(duì)輪緣的擠壓力的合力提供向心力。,針對(duì)訓(xùn)練1 (多選)鐵路轉(zhuǎn)彎處的彎道半徑r是根據(jù)地形確定的。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

8、有關(guān)，還與火車(chē)在彎道上的行駛速率v有關(guān)。下列說(shuō)法正確的是() A.v一定時(shí)，r越小則要求h越大 B.v一定時(shí)，r越大則要求h越大 C.r一定時(shí)，v越小則要求h越大 D.r一定時(shí)，v越大則要求h越大,答案AD,豎直平面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)問(wèn)題,觀察探究 如圖4所示，過(guò)山車(chē)的質(zhì)量為m，軌道半徑為r，,圖4 (1)過(guò)山車(chē)能通過(guò)軌道最高點(diǎn)時(shí)什么力提供向心力？ (2)過(guò)山車(chē)通過(guò)最高點(diǎn)時(shí)的臨界速度是多少？ (3)當(dāng)過(guò)山車(chē)通過(guò)軌道最高點(diǎn)的速度大于臨界速度時(shí)，過(guò)山車(chē)對(duì)軌道的壓力怎樣計(jì)算？,探究歸納 1.汽車(chē)過(guò)橋問(wèn)題的分析 (1)汽車(chē)過(guò)凸形橋：汽車(chē)經(jīng)過(guò)最高點(diǎn)時(shí)，汽車(chē)的重力與橋?qū)ζ?chē)支持力的合力提供向心力。如圖5甲所示。

9、,圖5,2.豎直平面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)的臨界問(wèn)題,圖6,圖7,試題案例,例3 (2018濱州高一檢測(cè))長(zhǎng)度為0.5 m的輕桿OA繞O點(diǎn)在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)，A端連著一個(gè)質(zhì)量m2 kg 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10 m/s2) (1)桿做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速為2.0 r/s； (2)桿做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速為0.5 r/s。,解析小球在最高點(diǎn)的受力如圖所示：,(1)桿的轉(zhuǎn)速為2.0 r/s時(shí)，2n4 rad/s。 由牛頓第二定律得FmgmL2， 故小球所受桿的作用力 FmL2mg2(0.542210) N138 N， 即桿對(duì)小球提供了138 N的拉力

10、。 由牛頓第三定律知小球?qū)U的拉力大小為138 N，方向豎直向上。,(2)桿的轉(zhuǎn)速為0.5 r/s時(shí)，2n rad/s。 同理可得小球所受桿的作用力 FmL2mg2(0.5210) N10 N。 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10 N，方向豎直向下。 答案(1)小球?qū)U的拉力為138 N，方向豎直向上 (2)小球?qū)U的壓力為10 N，方向豎直向下,,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

11、律列式求解。,針對(duì)訓(xùn)練2 (多選)如圖8所示，用長(zhǎng)為l的細(xì)繩拴著質(zhì)量為m的小球在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)，則下列說(shuō)法中正確的是(),圖8,答案CD,離心運(yùn)動(dòng),鏈球比賽中，高速旋轉(zhuǎn)的鏈球被放手后會(huì)飛出(如圖9甲所示)；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(如圖乙所示)。,觀察探究,甲,乙,圖9,(1)鏈球飛出后受幾個(gè)力？ (2)你能說(shuō)出水滴沿著傘的邊緣切線飛出的原因嗎？ (3)物體做離心運(yùn)動(dòng)的條件是什么？ 答案(1)重力和空氣阻力。 (2)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。

12、(3)物體受到的合力不足以提供所需的向心力。,探究歸納,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方向飛出去的傾向，之所以沒(méi)有飛出去，是因?yàn)槭艿街赶驁A心的力。 2.離心運(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。,圖10,試題案例,例4 如圖11所示是摩托車(chē)比賽轉(zhuǎn)彎時(shí)的情形。轉(zhuǎn)彎處路面常是外高內(nèi)低，摩托車(chē)轉(zhuǎn)彎有一個(gè)最大安全速度，若超過(guò)此速度，摩托車(chē)將發(fā)生滑動(dòng)。對(duì)于摩托車(chē)滑動(dòng)的問(wèn)題，下列論述正確的是(),圖11,A.摩托車(chē)一直受到沿半徑方向向外的離心力作用 B.摩托車(chē)所受外

13、力的合力小于所需的向心力 C.摩托車(chē)將沿其線速度的方向沿直線滑去 D.摩托車(chē)將沿其半徑方向沿直線滑去 解析摩托車(chē)只受重力、地面支持力和地面的摩擦力作用，沒(méi)有離心力，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；摩托車(chē)正常轉(zhuǎn)彎時(shí)可看作是做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，所受的合力等于向心力，如果向外滑動(dòng)，說(shuō)明提供的向心力即合力小于需要的向心力，選項(xiàng)B正確；摩托車(chē)將沿曲線做離心運(yùn)動(dòng)，選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤。 答案B,,分析離心運(yùn)動(dòng)需注意的問(wèn)題,針對(duì)訓(xùn)練3 (多選)如圖12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)

14、 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),圖12,解析若拉力突然變大，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項(xiàng)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項(xiàng)正確，D項(xiàng)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項(xiàng)正確。 答案BC,生活中的離心現(xiàn)象,離心現(xiàn)象是指做圓周運(yùn)動(dòng)的物體，在所受向心力突然消失，或者不足以提供圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力的情況下，產(chǎn)生的逐漸遠(yuǎn)離圓心的運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象。 離心現(xiàn)象在人們的生產(chǎn)、生活中有廣泛的應(yīng)用，例如：離

15、心節(jié)速器、離心試驗(yàn)器(飛行員鍛煉身體)、離心干燥器、離心沉淀器、洗衣機(jī)脫水桶、做棉花糖的機(jī)器、硬幣自動(dòng)分揀機(jī) 、競(jìng)技體育中的鐵餅和鏈球比賽等。,離心現(xiàn)象有時(shí)候也會(huì)帶來(lái)危害，例如：1.在水平公路上行駛的汽車(chē)轉(zhuǎn)彎時(shí)所需的向心力是由車(chē)輪與路面的靜摩擦力提供的。如果轉(zhuǎn)彎時(shí)速度過(guò)大，所需向心力大于最大靜摩擦力，汽車(chē)將做離心運(yùn)動(dòng)而造成交通事故。因此，在公路彎道處，車(chē)輛行駛不允許超過(guò)規(guī)定的速度。2.高速轉(zhuǎn)動(dòng)的砂輪、飛輪等因材料強(qiáng)度以及內(nèi)部裂紋等原因時(shí)常發(fā)生碎裂而高速射出的傷人事件。,【針對(duì)練習(xí)】(多選)如圖13所示，在勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的洗衣機(jī)脫水筒內(nèi)壁上，有一件濕衣服隨圓筒一起轉(zhuǎn)動(dòng)而未滑動(dòng)，則(),A.衣服隨脫水筒

16、做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由衣服的重力提供 B.水會(huì)從脫水筒甩出是因?yàn)樗问艿降南蛐牧艽?C.加快脫水筒轉(zhuǎn)動(dòng)角速度，衣服對(duì)筒壁的壓力也增大 D.加快脫水筒轉(zhuǎn)動(dòng)角速度，脫水效果會(huì)更好,圖13,解析衣服受到豎直向下的重力、豎直向上的靜摩擦力、指向圓心的支持力，重力和靜摩擦力是一對(duì)平衡力，大小相等，故向心力是由支持力提供的，A錯(cuò)誤；圓筒轉(zhuǎn)速增大以后，支持力增大，衣服對(duì)筒壁的壓力也增大，C正確；對(duì)于水而言，衣服對(duì)水滴的附著力提供其做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，說(shuō)水滴受向心力本身就不正確，B錯(cuò)誤；隨著圓筒轉(zhuǎn)速的增加，需要的向心力增加，當(dāng)附著力不足以提供需要的向心力時(shí)，衣服上的水滴將做離心運(yùn)動(dòng)被甩出，故圓筒轉(zhuǎn)動(dòng)角速度越大，脫水效果會(huì)越好，D正確。 答案CD,