2013-2014学年高中物理必修二（人教版）同步辅导与检测课件57生活中的圆周运动

金品质高追求 我们让你更放心 ！ 物理物理 必修必修2 2 ( (人教版人教版) ) 第七节 生活中的圆周运动 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 物理物理 必修必修2 2 ( (人教版人教版) ) 在日常生活中，我们经常会见到 这样一些现象：舞蹈演员在表演旋转 动作时，裙子会张开；在雨中若把伞 柄转动一下，伞面上的雨水将会很快 地沿伞面运动，到达边缘后雨水将沿 切线方向飞出；满载黄沙或石子的卡车，在急转弯时，部分黄 沙或石子会被甩出 车流在大都市中穿行，为了解决交通问题，人们在城市中 修建了高架桥，使车辆的运行更加流畅你是否注意到，转弯 处的路面并不是水平的，而是外侧偏高？ 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 物理物理 必修必修2 2 ( (人教版人教版) ) 1能够分析具体问题中向心力的来源，解决生活中的圆 周运动问题 2了解航天器中的失重现象及其原因 3了解离心运动及物体做离心运动的条件，知道离心运 动的应用和危害 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 物理物理 必修必修2 2 ( (人教版人教版) ) 课前预习 一、铁路的弯道 1火车转弯时的运动特点 火车转弯时做的是_运动，因而具有向心加速度， 需要_ 2向心力的来源 转弯处_略高于_，适当选择内外轨的高度 差，可使转弯时所需的向心力几乎完全由_与_ 的合力来提供 圆周 向心力 外轨内轨 重力 支持力 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 物理物理 必修必修2 2 ( (人教版人教版) ) 二、拱形桥 汽车以速度v过半径R的凸形(或凹形)桥时受力如图所示， 在最高点(或最低点)处，由_和_的合力提供向 心力 1在凸形桥上，速度越大， FN_，向心力_； 2在凹形桥上，速度越大， FN_，向心力_ 重力 支持力 越小越大 越大越大 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 物理物理 必修必修2 2 ( (人教版人教版) ) 三、航天器中的失重现象 1航天器中物体的向心力 向心力由物体的重力G和航天器的支持力FN提供，即 _ . 2当航天器做_运动时，FN0，此时航天器 及其内部物体均处于_状态 四、离心运动 做圆周运动的物体，在所受的合外力_或合外力 _提供物体做圆周运动所需的向心力的情况下，就会做 逐渐远离圆心的运动，这种运动叫做离心运动 GFN 匀速圆周 完全失重 突然消失 不足以 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 物理物理 必修必修2 2 ( (人教版人教版) ) 火车转弯时，车速为什么有限制？ 1铁路的弯道 (1)火车车轮的结构特点：火车的车轮有凸出的 轮缘，且火车在轨道上运行时，有凸出轮缘的一边 在两轨道内侧，这种结构的特点，主要是有助于固 定火车运动的轨迹(如图所示) 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 物理物理 必修必修2 2 ( (人教版人教版) ) (2)火车转弯时，如果转弯处内外轨一样高， 外侧车轮的轮缘挤压外轨，使外轨发生弹性形变 ，外轨对轮缘的弹力就是火车转弯的向心力，如 图所示，但火车质量太大，靠这种办法得到向心 力，轮缘与外轨间的相互作用力太大，铁轨和车 轮极易受损 (3)火车转弯时，如果在转弯处使外轨 略高于内轨，火车转弯时铁轨对火车的支 持力FN的方向不再是竖直的，而是斜向弯 道的内侧，它与重力G的合力指向圆心， 为火车转弯提供了一部分向心力，这就减 轻了轮缘与外轨的挤压在修筑铁路时， 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 物理物理 必修必修2 2 ( (人教版人教版) ) 设内外轨间的距离为L，内外轨的高度差为h，火车转弯的 半径为R，火车转弯的规定速度为v0，由图右上所示力的合成得 向心力为F合mgtanmgsinmg ，(较小时，sin tan) 要根据转弯处轨道的半径和规定的行驶速度，适当选择内外轨 的高度差，使转弯时所需的向心力几乎完全由重力G和支持力 FN的合力来提供(如上图所示) 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 物理物理 必修必修2 2 ( (人教版人教版) ) 由于铁轨建成后，h、L、R各量是确定的，故火车转弯时 的车速应是一个定值 名师提示：(1)当火车行驶速率vv0时，火车对内外轨均 无侧向压力 (2)当火车行驶速率vv0时，外轨道对轮缘有侧向压力 (3)当火车行驶速率vh.如果列车转弯速率大于 ， 则( ) A外侧铁轨与轮缘间产生挤压 B铁轨与轮缘间无挤压 C内侧铁轨与轮缘间产生挤压 D内、外铁轨与轮缘间均有挤压 A 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 物理物理 必修必修2 2 ( (人教版人教版) ) 怎样解决拱形桥问题？ 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 物理物理 必修必修2 2 ( (人教版人教版) ) 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 物理物理 必修必修2 2 ( (人教版人教版) ) 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 物理物理 必修必修2 2 ( (人教版人教版) ) 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 物理物理 必修必修2 2 ( (人教版人教版) ) 尝试应用 2.一辆卡车在丘陵地带匀速行驶，地 形如图所示，由于轮胎太旧，爆胎可能性 最大的地段应是( ) Aa处 Bb处 Cc处 Dd处 解析：在凹形路面处支持力大于重力，且FNmgm ， 因v不变，R越小，FN越大，故在d处爆胎可能性最大 答案：D 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 物理物理 必修必修2 2 ( (人教版人教版) ) 如何解释离心现象？ 1向心力的作用效果是改变物体的运动方向，如果它们 受到的合外力恰好等于物体所需的向心力，物体就做匀速圆周 运动此时，Fmr2. 2如果向心力突然消失(例如小球转动时 绳子突然断开)，则物体的速度方向不再变化， 由于惯性，物体将沿此时的速度方向(即切线方 向)按此时的速度大小飞出，这时F0. 3如果提供的外力小于物体做匀速圆周运动所需的向心 力，虽然物体的速度方向还要变化，但速度方向变化较慢，因 此物体偏离原来的圆周做离心运动，其轨迹为圆周和切线间的 某条线，如右图所示这时，Fmr2或F合m 时，物体做近心运动，即向靠近 圆心的方向运动，其轨迹为曲线，此时“提供”大于“需要” (4)当F合0时，物体沿切线方向飞出，其轨迹为直线 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 物理物理 必修必修2 2 ( (人教版人教版) ) 尝试应用 3下列关于离心现象的说法正确的是( ) A当物体所受的离心力大于向心力时产生离心现象 B做匀速圆周运动的物体，当它所受的一切力都消失时 ，它将做背离圆心的圆周运动 C做匀速圆周运动的物体，当它所受的一切力都突然消 失时，它将沿切线做直线运动 D做匀速圆周运动的物体，当它所受的一切力都突然消 失时，它将做曲线运动 C 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 物理物理 必修必修2 2 ( (人教版人教版) ) 生活中的转弯问题 如图所示，某游乐场里的赛车 场地为圆形水平面，半径为100 m，一赛车 和选手的总质量为100 kg，车轮与地面间的 最大静摩擦力为600 N. (1)若赛车的速度达到72 km/h，这辆车在运动过程中会不 会发生侧移？ (2)若将场地建成外高内低的圆形，且倾角为30，并假设 车轮和地面之间的最大静摩擦力不变，为保证赛车的行驶安全 ，赛车最大行驶速度应为多大？ 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 物理物理 必修必修2 2 ( (人教版人教版) ) 解析：(1)赛车在水平场地转弯时，静摩擦 力提供其转弯所需的向心力当v72 km/h 20 m/s时所需的向心力 F 400 NFN，人处于失重 状态，飞机上的乘客对座椅的压力略小于地球对乘客的引力 答案：C 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 物理物理 必修必修2 2 ( (人教版人教版) ) 5.赛车在倾斜的轨道上转弯如图所示，弯道 的倾角为，半径为r，则赛车完全不靠摩擦力转 弯的速率是(设转弯半径水平)( ) C 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 物理物理 必修必修2 2 ( (人教版人教版) ) 6某同学在观察飞机在空中进行飞行表演时，发现飞机 有时在竖直方向做圆周运动上下翻飞；有时在水平方向做匀速 圆周运动，如图所示，他得出下述结论，其中错误的是( ) A飞机做圆周运动的向心力只能由重力提供 B飞机在水平面上做匀速圆周运动时，向心力可由空 气的支持力与重力的合力提供 C飞机在竖直面上做圆周运动在最高点时，因加速度 竖直向下，故飞行员有失重感觉 D飞机在竖直面上做圆周运动在最低点时，因加速度 竖直向上，故飞行员有失重感觉 BC 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 物理物理 必修必修2 2 ( (人教版人教版) ) 提高练 7假设有一超高速列车在水平面内行驶，以360 km/h的 速度转弯，转弯半径为1 km，则质量为 50 kg的乘客在转弯过 程中受到的列车给他的作用力大小为_(g取10 m/s2) 解析：列车转弯时对人进行受力分析，如 图所示，列车对人的作用力F与重力的合力充当 向心力，有 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 物理物理 必修必修2 2 ( (人教版人教版) ) 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 物理物理 必修必修2 2 ( (人教版人教版) ) 8.如图所示是双人花样滑冰运动中男运动 员拉着女运动员做圆锥摆运动的精彩场面若 女运动员伸直的身体与竖直方向的夹角为， 质量为m，重心做匀速圆周运动的半径为r，求 男运动员对女运动员的拉力大小及女运动员转 动的角速度(女运动员已离开冰面) 解析：把女运动员看做质点对女运动员 进行受力分析如图所示，男运动员对女运动 员的拉力F和女运动员的重力mg的合力为女运动 员提供了向心力Fn. 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 物理物理 必修必修2 2 ( (人教版人教版) ) 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 物理物理 必修必修2 2 ( (人教版人教版) ) 9随着我国综合国力的提高，近几年来我国的公路网发 展迅猛在公路转弯处，常采用外高内低的斜面式弯道，这样 可以使车辆经过弯道时不必大幅减速，从而提高通行能力且节 约燃料若某处有这样的弯道，其半径为r100 m，路面倾角 为，且tan 0.4，取g10 m/s2. (1)求汽车的最佳通过速度，即不出现侧向摩擦力时的速度 (2)若弯道处侧向动摩擦因数0.5，且最大静摩擦力等于 滑动摩擦力，求汽车的最大速度 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 物理物理 必修必修2 2 ( (人教版人教版) ) 解析：(1)如图甲所示， 当汽车通过弯道时，做水平 面内的圆周运动，不出现侧 向摩擦力时，汽车受到重力 G和路面的支持力N两个力作 用，两力的合力提供汽车做 圆周运动的向心力