福建省福鼎市第二中学高三物理一轮复习 第3节 向心力的实例分析课件.ppt

第3节向心力的实例分析 1 会在具体问题中分析向心力来源 2 知道向心力和向心加速度的公式也适用于变速圆周运动 3 会求变速圆周运动特殊点的向心力和向心加速度 4 通过对匀速圆周运动实例的分析 渗透理论联系实际的观点 提高学生分析和解决问题的能力 5 通过对匀速圆周运动的规律也可以在变速圆周运动使用的认识 渗透特殊性和一般性之间的辩证关系 思考 滑冰运动员和摩托车在拐弯时由谁提供向心力呢 在水平面上拐弯时 有向外侧打滑的趋势 地面就会对摩托车产生指向内侧的摩擦力 这时受到三个力的作用 重力g 支持力n和静摩擦力f 其中静摩擦力指向圆心 提供摩托车转弯时所需的向心力f 即f f 由向心力公式 所以 当转弯过快或转弯半径太小时 摩擦力不足以提供摩托车转弯时所需向心力 这时候摩托车将发生事故 思考 在现实生活中 公路和铁路的弯道通常是外高内低 为什么这样设计呢 汽车拐弯 拐弯情景 受力分析 可得 即 由此可知 弯道的限速取决于弯道半径及倾角 火车拐弯 思考 如果火车转弯时的速度超过了理想转弯速度 那么哪一道铁轨会受到车轮轮缘挤压 如果火车转弯时的速度小于理想转弯速度 那么哪一道铁轨会受到车轮轮缘挤压 外轨 内轨 在游乐场里 惊险又有趣的项目之一就是坐过山车 如图中的过山车的轨道 是由两个几十米高的滑坡和一个十几米高的环形轨道构成 当过山车快速驶过环形轨道顶端的时候 怎么没有掉下来呢 在最高点处对过山车受力分析 重力g与压力n为过山车提供向心力 思考 当车速度为多少时 对轨道无挤压 设汽车质量为m 以恒定的速率v通过半径为r的拱桥顶时 思考 此时汽车对桥的压力 由牛顿第三定律可知 汽车对桥的压力为 那么当汽车的速度为多少时汽车对桥的压力为零呢 则 汽车受力如图所示 重力g与支持力n为汽车提供过拱桥的向心力 汽车过桥 从上面的研究可以看出来 哪一种圆桥能够减小汽车对桥面的压力呢 若是凹形圆桥面汽车对桥的压力等于多少 例题 一汽车通过拱形桥顶点时的速度为10m s 车对桥顶的压力为车重的3 4 如果要使汽车在桥顶对桥面没有压力 车速至少为 a 15m sb 20m sc 25m sd 30m s b 解析 当v 时 对车受力分析如图所示 解得 r 40m 当汽车对顶部恰好没有压力时 重力提供汽车做圆周运动的向心力 解得 v1 练习 汽车以半径r 100m转弯 汽车质量为m 8 103kg 路面宽l 7m 外沿比内沿高h 70cm 如果汽车转弯时的向心力只由重力和地面对汽车的支持力提供 那么汽车的速度应为多大 1 在水平面上转弯的汽车 提供向心力的是 a 重力和支持力的合力b 静摩擦力c 滑动摩擦力d 重力 支持力和牵引力的合力 b 2 铁路转弯处的弯道半径r是根据地形决定的 弯道处要求外轨比内轨高 其内外轨高度差h的设计不仅与r有关 还与火车在弯道上的行驶速率v有关 下列说法正确的是 a v一定时 r越小则要求h越大b v一定时 r越大则要求h越大c r一定时 v越小则要求h越大d r一定时 v越大则要求h越大 ad 3 在世界一级方程式锦标赛中 赛车在水平路面上转弯时 常常在弯道上冲出跑道 其原因是 a 是由于赛车行驶到弯道时 运动员未能及时转动方向盘造成的b 是由于赛车行驶到弯道时 没有及时加速造成的c 是由于赛车行驶到弯道时 没有及时减速造成的d 是由于在弯道处汽车受到的摩擦力比在直道上小造成的 解析 选c 由于路面材料及粗糙程度没变 所以直道弯道的摩擦应该是相同的 故d错 对汽车受力分析可知真正使车转弯的应该是地面给车的静摩擦力 之所以滑出是由于车速过高需要的向心力大于最大静摩擦力 此时即使转动方向盘也没用 所以a b错 只有c对 c 4 质量为m的小球 用长为l的线悬挂在o点 在o点正下方处有一光滑的钉子o 把小球拉到右侧某一位置释放 当小球第一次通过最低点p时 a 小球速率突然减小b 小球角速度突然增大c 小球的向心加速度突然增大d 摆线上的张力突然增大 解 选b c d 碰钉前后绳的拉力垂直速度方向 不做功所以速度大小不变 碰钉前后 半径l变小 a增大 拉力增大 角速度增大 最低点处由牛顿第二定律得 t mg ma mv2 l 又v l 提示 过山车与机械能守恒定律相结合 5 如图是过山车的物理模型 若过山车从a点自由滑下 忽略一切阻力 已知h m r 问 恰好通过圆周最高点c时 轨道在b c点处对过山车的压力差 解 恰好通过最高点n 0 由牛顿第二定律得 mg mvc2 r 从a到c过程由机械能守恒得 mgh mvb2 2 mg 2r mvc2 2 解得h 5r 2 vb 5gr 在b点 nb mg mvb2 r 在c点 nc mg mvc2 r 从b到c过程 mvb2 2 mg 2r mvc2 2 解得nb nc 6mg 匀速圆周运动的实例分析 1 汽车 火