高中物理 第五章 曲線運動 第七節(jié) 生活中的圓周運動課件 新人教版必修2.ppt

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第七節(jié) 生活中的圓周運動,第五章 曲線運動,[學習目標] 1.會分析具體圓周運動問題中向心力的來源，能解決生活中的圓周運動問題． 2.了解航天器中的失重現(xiàn)象及原因． 3.了解離心運動及物體做離心運動的條件，知道離心運動的應(yīng)用及危害．,第五章 曲線運動,一、鐵路的彎道(閱讀教材P26～P27) 1．運動特點 火車轉(zhuǎn)彎時做_________運動，因而具有向心加速度，由于質(zhì)量巨大，所以需要很大的__________力． 2．向心力來源 (1)若轉(zhuǎn)彎處內(nèi)外軌一樣高，則由__________對輪緣的彈力提供向心力． (2)若在修筑鐵路時，根據(jù)彎道的______和規(guī)定的______，適當選擇內(nèi)、外軌的高度差，則轉(zhuǎn)彎時所需的向心力幾乎完全由______和________的合力提供．,圓周,向心,外軌,半徑,速度,重力,支持力,拓展延伸?———————————(解疑難) 對火車轉(zhuǎn)彎時速度與向心力的討論 1．當火車以規(guī)定速度v0轉(zhuǎn)彎時，重力G和支持力FN的合力F等于向心力，這時輪緣與內(nèi)外軌均無側(cè)壓力． 2．當火車轉(zhuǎn)彎速度vv0時，重力G和支持力FN的合力F小于向心力，外軌向內(nèi)擠壓輪緣，提供側(cè)壓力，與F共同充當向心力． 3．當火車轉(zhuǎn)彎速度vv0時，重力G和支持力FN的合力F大于向心力，內(nèi)軌向外擠壓輪緣，產(chǎn)生的側(cè)壓力與合力共同充當向心力．,1.(1)車輛在水平路面上轉(zhuǎn)彎時，所受重力與支持力的合力提供向心力．( ) (2)車輛在水平路面上轉(zhuǎn)彎時,所受摩擦力提供向心力．( ) (3)車輛在“內(nèi)低外高”的路面上轉(zhuǎn)彎時，受到的合力可能為零．( ) (4)車輛按規(guī)定車速通過“內(nèi)低外高”的彎道時，向心力是由重力和支持力的合力提供的．( ),,√,,√,mg－FN,小于,大于,拓展延伸?———————————(解疑難),2.(1)汽車在水平路面上勻速行駛時，對地面的壓力等于車重，加速行駛時大于車重．( ) (2)汽車在拱形橋上行駛，速度小時對橋面的壓力大于車重，速度大時壓力小于車重．( ) (3)汽車通過凹形橋底部時,對橋面的壓力一定大于車重.( ),,,√,三、航天器中的失重現(xiàn)象(閱讀教材P28) 人造衛(wèi)星、宇宙飛船、航天飛機等航天器進入軌道后可近似認為繞地球做勻速圓周運動，此時重力提供了航天器做圓周運動的向心力．航天器中的人和物隨航天器一起做圓周運 動，其向心力也是由重力提供的，此時重力全部用來提供向心力，不對其他物體產(chǎn)生壓力，即里面的人和物處于完全失重狀態(tài)．,拓展延伸?———————————(解疑難) 1．物體在航天器中處于完全失重狀態(tài)，并不是說物體不受重力，只是重力全部用來提供物體做圓周運動所需的向心力，使得物體所受支持力為0. 2．任何關(guān)閉了發(fā)動機，又不受阻力的飛行器的內(nèi)部，都是一個完全失重的環(huán)境． 3．失重狀態(tài)下，一切涉及重力的現(xiàn)象均不再發(fā)生，如無法使用水銀氣壓計、天平等． 注意：航天器中的物體所受重力小于在地面所受重力的現(xiàn) 象，不是失重現(xiàn)象．,3.宇宙飛船繞地球做勻速圓周運動,下列說法中正確的有( ) A．在飛船內(nèi)可以用天平測量物體的質(zhì)量 B．在飛船內(nèi)可以用水銀氣壓計測艙內(nèi)的氣壓 C．在飛船內(nèi)可以用彈簧測力計測拉力 D．在飛船內(nèi)將重物掛于彈簧測力計上，彈簧測力計示數(shù)為 0，但重物仍受地球的引力,CD,提示：飛船內(nèi)的物體處于完全失重狀態(tài)，此時放在天平上的物體對天平的壓力為0，因此不能用天平測量物體的質(zhì)量,A錯誤;同理，水銀也不會產(chǎn)生壓力，故水銀氣壓計也不能使用，B錯誤；彈簧測力計測拉力遵從胡克定律，拉力的大小與彈簧伸長量成正比，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動所需的向心力，D正確．,四、離心運動(閱讀教材P28～P29) 1．定義：在向心力突然消失或合力不足以提供所需的向心力時，物體沿__________飛出或做_______________的運動． 2．離心運動的應(yīng)用和防止 (1)應(yīng)用：離心干燥器；洗衣機的________；離心制管技術(shù)． (2)防止：汽車在公路轉(zhuǎn)彎處必須__________；轉(zhuǎn)動的砂輪、飛輪的轉(zhuǎn)速不能太高．,切線,逐漸遠離圓心,脫水桶,限速行駛,拓展延伸?———————————(解疑難),注意：(1)離心運動并非受所謂“離心力”作用，而是物體慣性的表現(xiàn)． (2)離心運動并不是物體沿半徑方向飛出，而是運動半徑越來越大或沿切線方向飛出． (3)離心運動的性質(zhì)由其受力和此時的速度共同決定．,4.關(guān)于離心運動，下列說法中正確的是( ) A．物體突然受到離心力的作用，將做離心運動 B．做勻速圓周運動的物體，當提供向心力的合外力突然變大時將做離心運動 C．做勻速圓周運動的物體，只要提供向心力的合外力的數(shù)值發(fā)生變化，就將做離心運動 D．做勻速圓周運動的物體，當提供向心力的合外力突然消失或變小時將做離心運動,D,提示：物體做什么運動取決于物體所受合外力與物體所需向心力的關(guān)系，只有當提供的合外力小于所需要的向心力時，物體才做離心運動，所以做離心運動的物體并沒有受到所謂的離心力的作用，離心力沒有施力物體，所以離心力不存 在．由以上分析可知D正確．,1．對火車轉(zhuǎn)彎問題一定要搞清合力的方向．指向圓心方向的合外力提供物體做圓周運動的向心力，方向指向水平面內(nèi)的圓心． 2．彎道兩軌在同一水平面上時，向心力由外軌對輪緣的擠壓力提供． 3．當外軌高于內(nèi)軌時，向心力由火車的重力和鐵軌的支持力以及內(nèi)、外軌對輪緣的擠壓力的合力提供，這還與火車的速度大小有關(guān)．,火車轉(zhuǎn)彎問題的解題策略,———————(自選例題，啟迪思維) 1.(2015德州高一檢測)火車以半徑r＝900 m轉(zhuǎn)彎，火車質(zhì)量為8105 kg，軌道寬為l＝1.4 m，外軌比內(nèi)軌高h＝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) [思路探究] (1)火車轉(zhuǎn)彎所需向心力由________力和____________力的合力提供，沿________方向． (2)當α很小時，可近似認為sin α和tan α________.,[答案] 30 m/s,2. (2013高考新課標全國卷Ⅱ)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( ) 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．當路面結(jié)冰時，與未結(jié)冰時相比，vc 的值變小,AC,C,[思路點撥] 求解該題應(yīng)把握以下兩點： (1)火車轉(zhuǎn)彎的向心力由重力和支持力的合力提供． (2)vv0外側(cè)輪緣受擠壓．,[名師點評] (1)火車以規(guī)定速度通過彎道時，是由重力與支持力的合力提供向心力，其合力沿水平方向指向圓心； (2)車輛在水平路面上轉(zhuǎn)彎時，摩擦力提供向心力．,1．運動學特點：汽車過凹凸橋時的運動可看做圓周運動． 2．運動學分析 (1)向心力來源：汽車過凹凸橋的最高點或最低點時，在豎直方向受重力和支持力，其合力提供向心力．,凹凸橋問題的求解,(2)汽車過凹凸橋壓力的分析與討論 若汽車質(zhì)量為m，橋面圓弧半徑為R，汽車在最高點或最低點速率為v，則汽車對橋面的壓力大小情況討論如下：,———————(自選例題，啟迪思維) 1.如圖所示，質(zhì)量m＝2.0104 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60 m．如果橋面承受的壓力不得超過3.0105 N，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10 m/s2),[思路點撥]首先判斷汽車在何位置對路面的壓力最大、最小,然后利用向心力公式求解． [答案] (1)10 m/s (2)105 N,2.如圖所示，汽車在炎熱的夏天沿高低不平的曲面勻速率行駛，其中最容易發(fā)生爆胎的點是( ) A．a(chǎn)點 B．b點 C．c點 D．d點,D,A,物理模型——豎直平面內(nèi)圓周運動的繩、桿模型,不能支持物體,既能支持物體，又能拉物體,[范例] 繩系著裝有水的水桶，在豎直平面內(nèi)做圓周運動，水的質(zhì)量m＝0.5 kg，繩長l＝60 cm，求： (1)在最高點時水不流出的最小速率； (2)水在最高點速率v＝3 m/s時，水對桶底的壓力． [思路點撥] (1)水不流出的條件是水對桶底的壓力FN≥0，最小速率應(yīng)滿足mg＝mv2/l. (2)速率大于最小速率時，向心力是由重力和桶底對水的壓力的合力提供．,[答案] (1)2.42 m/s (2)2.6 N，方向豎直向上 [名師點評] 解答豎直平面內(nèi)圓周運動問題時，首先要分清是繩模型還是桿模型．其次明確兩種模型到達最高點的臨界條件．另外，對于桿約束物體運動到最高點時的彈力方向可先假設(shè)，然后根據(jù)計算結(jié)果的正負來確定．,長度為0.5 m的輕桿OA繞O點在豎直平面內(nèi)做圓周運動，A端連著一個質(zhì)量m＝2 kg的小球．求在下述的兩種情況下，通過最高點時小球?qū)U的作用力的大小和方向： (1)桿做勻速圓周運動的轉(zhuǎn)速為2.0 r/s； (2)桿做勻速圓周運動的轉(zhuǎn)速為0.5 r/s.,答案：(1)138 N，方向豎直向上 (2)10 N，方向豎直向下,