高中物理 第5章 第7节生活中的圆周运动课件 新人教版必修2.ppt

成才之路 物理 路漫漫其修远兮吾将上下而求索 人教版 必修2 曲线运动 第五章 1 1 1集合的概念 第七节生活中的圆周运动 第五章 1 1 1集合的概念 如下图所示的 水流星 是我国传统的杂技节目 演员们把盛有水的容器用绳子拉住在空中如流星般快速摆动 同时表演高难度的动作 容器中的水居然一滴也不流下来 你考虑过没有 1 水流星 的运动快慢与手中拉力的大小有什么关系 2 如果手中的力渐渐减小 将会发生什么现象 当 水流星 转到最高点时 如果突然松手 会发生什么现象 1 火车在弯道上的运动特点火车在弯道上运动时做 圆周运动 因而具有 向心加速度 由于其质量巨大 需要很大的 向心力 铁路的弯道 2 向心力来源 1 如果转弯处内外轨一样高 则由 外轨对轮缘的弹力提供向心力 这样铁轨和车轮极易受损 2 实际上 铁路的转弯处外轨略高于内轨 铁轨对火车的支持力不是竖直向上的 而是斜向弯道的 内侧 铁轨对火车的 支持力与火车所受 重力的合力指向 轨道的圆心 它提供了火车做圆周运动的向心力 1 运动特点汽车过拱形桥时做 圆周运动 因而具有 向心加速度 需要向心力 2 向心力来源汽车过拱形桥运动至最高 低 点时 重力和 支持力的合力提供汽车需要的向心力 拱形桥 3 动力学关系 1 凸形桥汽车过凸形拱桥的最高点时 汽车受到的重力与桥对汽车支持力的合力f 提供向心力 如图所示所以汽车过凸形拱桥时fn 汽车对桥的压力f n 汽车的重量g g fn 小于 2 凹形桥汽车过凹形拱桥的最低点时 仍然是桥对汽车的支持力和重力的合力f 提供向心力 如图所示 过凹形拱桥时 fn 汽车对桥的压力f n 汽车的重量g fn g 大于 航天器中的失重现象 mg fn 2 支持力分析fn 3 讨论当v 时 座舱对宇航员的支持力fn 0 宇航员处于 状态 完全失重 1 定义 物体沿切线飞出或做逐渐 的运动 2 原因 向心力突然消失或合外力不足以提供所需的 3 应用 洗衣机的 制作 水泥管道 水泥电线杆等 离心运动 远离圆心 向心力 脱水筒 无缝钢筒 一 火车转弯问题1 弯道的特点弯道处外轨高于内轨 火车在行驶过程中 重心高度不变 即火车的重心轨迹在同一水平面内 火车的向心加速度和向心力均沿水平面指向圆心 2 火车转弯的向心力来源火车速度合适时 火车只受重力和支持力作用 火车转弯时所需的向心力完全由支持力和重力的合力来提供 如图所示 3 轨道轮缘压力与火车速度的关系 1 当火车行驶速率v等于规定速度v0时 内 外轨道对轮缘都没有侧压力 2 当火车行驶速度v大于规定速度v0时 火车有离心运动趋势 故外轨道对轮缘有侧压力 3 当火车行驶速度v小于规定速度v0时 火车有向心运动趋势 故内轨道对轮缘有侧压力 特别提醒 汽车 摩托车赛道拐弯处 高速公路转弯处设计成外高内低 也是尽量使车受到的重力和支持力的合力提供向心力 以减小车轮与路面之间的横向摩擦力 火车在铁轨上转弯可以看做是做匀速圆周运动 火车速度提高易使外轨受损 为解决火车高速转弯时使外轨受损这一难题 你认为理论上可行的措施是 a 减小弯道半径b 增大弯道半径c 适当减小内外轨道的高度差d 适当增加内外轨道的高度差答案 bd解析 当火车速度增大时 可适当增大转弯半径或适当增大轨道倾角 以减小外轨所受压力 二 汽车过桥问题关于汽车过桥问题 用图表概括如下 俗话说 养兵千日 用兵一时 近年来我国军队进行了多种形式的军事演习 如图所示 在某次军事演习中 一辆战车以恒定的速度在起伏不平的路面上行进 则战车在哪一点对路面的压力最大 a a点b b点c c点d d点答案 b 三 离心运动1 离心运动的实质离心运动是物体逐渐远离圆心的运动 它的本质是物体惯性的表现 做圆周运动的物体 总是有沿着圆周切线飞出去的趋向 之所以没有飞出去 是因为受到向心力作用的缘故 2 物体做离心运动的条件做圆周运动的物体 一旦提供向心力的外力突然消失 或者外力不能提供足够的向心力时 物体做远离圆心的运动 即离心运动 3 离心运动的受力特点物体做离心运动并不是物体受到离心力作用 而是由于外力不能提供足够的向心力 所谓 离心力 也是由效果命名的 实际并不存在 4 合外力与向心力的关系 如图 同学们小的时候都吃过松软可口的 棉花 糖 制作 棉花 糖的器具主要由分布有小孔的内筒和外筒组成 内筒与洗衣机的脱水筒相似 可以在脚的踏动下旋转 在内筒里面加入白砂糖 加热使糖熔化成糖汁 如图所示 一个师傅正在给两位小朋友制作 棉花 糖 试分析制作 棉花 糖的原理 答案 内筒高速旋转时 黏稠的糖汁就做离心运动 从内筒壁的小孔飞散出去成为丝状 到达温度较低的外筒时 迅速冷却凝固 变得纤细雪白 像一团团棉花 对火车 汽车转弯问题的探究 解析 火车在转弯时所需的向心力在 临界 状况时由火车所受的重力和轨道对火车的支持力的合力提供 如图所示 图中h为内外轨高度差 l为轨距 讨论 1 如果车速v 72km h 20m s f将小于需要的向心力 所差的力仍需由外轨对轮缘的弹力来弥补 这样就出现外侧车轮的轮缘向外挤压外轨的现象 2 如果车速v 72km h f将大于需要的向心力 超出的力则由内轨对内侧车轮缘的压力来平衡 这样就出现了内侧车轮的轮缘向外挤压内轨的现象 点评 临界值是圆周运动中经常考查的一个重点内容 它是物体在做圆周运动过程中 发生质变的数值或使物体受力情况发生变化的关键数值 今后要注意对临界值的判断和应用 在高速公路的拐弯处 通常路面都是外高内低 如图所示 在某路段汽车向左拐弯 司机左侧的路面比右侧的路面低一些 汽车的运动可看做是做半径为r的在水平面内的圆周运动 设内外路面高度差为h 路基的水平宽度为d 路面的宽度为l 已知重力加速度为g 要使车轮与路面之间的横向摩擦力 即垂直于前进方向 等于零 则汽车转弯时的车速应等于 答案 b 汽车在拱桥上运动的有关问题 1 汽车允许的最大速率是多少 2 若以所求速度行驶 汽车对桥面的最小压力是多少 g取10m s2 解析 汽车在拱桥上运动时 对凹形桥的压力大于其重力 而对凸形桥则压力小于重力 由此可知 对凹形桥则存在一个允许最大速率 对凸形桥则有最小压力 可根据圆周运动知识 在最低点和最高点列方程求解 汽车驶至凹面的底部时 合力向上 此时车对桥面压力最大 汽车驶至凸面的顶部时 合力向下 此时车对桥面的压力最小 答案 1 10m s 2 1 0 105n 点评 在汽车经过拱形桥或类似的物体经过竖直曲线做圆周运动的问题中 一般在轨道的最低点和最高点分析受力列方程 无论该类题目的具体内容如何 通过分析受力 找出提供的向心力列方程求解是最基本的方法 答案 b 圆周运动中的超 失重问题 答案 mg 2mg 点评 当球在竖直平面内转动到最高点时 支持力小于整体重力 处于失重状态 当球在竖直平面内转动到最低点时 支持力大于整体重力 处于超重状态 日照市2013 2014学年高一下学期三校联考 2013年6月11日至26日 神舟十号 飞船圆满完成了太空之行 期间还成功进行了人类历史上第二次太空授课 女航天员王亚平做了大量失重状态下的精美物理实验 关于失重状态 下列说法正确的是 a 航天员仍受重力的作用b 航天员受力平衡c 航天员所受重力等于所需的向心力d 航天员不受重力的作用答案 ac解析 做匀