高中物理 第五章 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 第七节生活中的圆周运动 第五章 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 运动 因而具有 加速度 由于其质量巨大 需要很大的 铁路的弯道 圆周 向心 向心力 2 向心力来源 1 如果转弯处内外轨一样高 则由 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 铁轨对火车的 与火车所受 的合力指向 它提供了火车做圆周运动的向心力 外轨对轮缘的弹力 内侧 支持力 重力 轨道的圆心 1 运动特点汽车过拱形桥时做 因而具有 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 和 的合力提供汽车需要的向心力 拱形桥 圆周运动 向心 重力 支持力 g fn 小于 fn g 大于 航天器中的失重现象 mg fn 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 火车车轮的特点火车的车轮有凸出的轮缘 火车在铁轨上运行时 车轮与铁轨有水平与竖直两个接触面 这种结构特点 主要是避免火车运行时脱轨 如图所示 2 火车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 3 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 4 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 沈阳二中2014 2015学年高一下学期检测 公路急转弯处通常是交通事故多发地带 如图 某公路急转弯处是一圆弧 当汽车行驶的速率为vc时 汽车恰好没有向公路内外两侧滑动的趋势 则在该弯道处 a 路面外侧高内侧低b 车速只要低于vc 车辆便会向内侧滑动c 车速虽然高于vc 但只要不超出某一最高限度 车辆便不会向外侧滑动d 当路面结冰时 与未结冰时相比 vc的值变小答案 ac 解析 抓住临界点分析汽车转弯的受力特点及不侧滑的原因 结合圆周运动规律可判断 汽车转弯时 恰好没有向公路内外两侧滑动的趋势 说明公路外侧高一些 支持力的水平分力刚好提供向心力 此时汽车不受静摩擦力的作用 与路面是否结冰无关 故选项a正确 选项d错误 当vvc时 支持力的水平分力小于所需向心力 汽车有向外侧滑动的趋势 在摩擦力大于最大静摩擦力前不会侧滑 故选项b错误 选项c正确 二 汽车过桥问题关于汽车过桥问题 用图表概括如下 由上海飞往美国洛杉矶的飞机在飞越太平洋上空的过程中 如果保持飞行速度的大小和距离海平面的高度均不变 则以下说法中正确的是 a 飞机做的是匀速直线运动b 飞机上的乘客对座椅的压力略大于地球对乘客的引力c 飞机上的乘客对座椅的压力略小于地球对乘客的引力d 飞机上的乘客对座椅的压力为零答案 c 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势 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 铁路转弯处的圆弧半径是300m 轨距是1 435m 规定火车通过这里的速度是72km h 内外轨的高度差应该是多大 才能使铁轨不受轮缘的挤压 保持内外轨的这个高度差 如果车的速度大于或小于72km h 会分别发生什么现象 说明理由 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 如图所示 质量m 2 0 104kg的汽车以不变的速率先后驶过凹形桥面和凸形桥面 两桥面的圆弧半径均为60m 如果桥面承受的压力不得超过3 0 105n则 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 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 山东实验中学2014 2015学年高一下学期检测 如图所示 小物体位于半径为r的半球顶端 若给小物体以水平初速度v0时 小物体对球顶恰无压力 则 答案 abc 离心运动 如图所示 光滑水平面上 小球m在拉力f作用下做匀速圆周运动 若小球运动到p点时 拉力f发生变化 关于小球运动情况的说法正确的是 答案 acd 如图所示是一种娱乐设施 魔盘 画面反映的是魔盘旋转转速较大时盘中人的情景 甲 乙 丙三位同学看了图后发生争论 甲说 图画错了 做圆周运动的物体受到向心力的作用 魔盘上的人应该向中心靠拢 乙说 图画得对 因为旋转的魔盘给人离心力 所以人向盘边缘靠拢 丙说 图画得对 当盘对人的摩擦力不能满足人做圆周运动的向心力时 人会逐渐远离圆心 这三位同学的说法正确的是 a 甲b 乙c 丙d 都有道理答案 c解析 当向心力不足时 物体会做离心运动 a错误 c正确 离心力是不存在的 b错误 开放 探究 如图所示 游乐场翻滚过山车上的乘客常常会在高速旋转或高空倒悬时吓得魂飞魄散 但这种车的设计有足够的安全系数 过山车在做圆周运动时 可以使乘客稳定在座椅上 还有安全棒紧紧压在乘客胸前 在过山车未到达终点以前 谁也无法将它们打开 设想如下数据 轨道最高处离地面32m 最低处几乎贴地 圆环直径15m 过山车经过最低点时的速度约25m s 经过最高点时的速度约18m s 试利用牛顿第二定律和圆周运动的知识 探究这样的情况下能否保证乘客的安全 g取10m s2 解析 首先我们分析一下当过山车运动到圆环底部和圆环顶部时过山车中人的受力情况 重力mg fn下和fn上分别为过山车在圆环底部和顶部时座椅对人的支持力 为使问题简化 可不考虑摩擦及空气阻力 我们知道 过山车沿圆环滑动 人也在做圆周运动 这时人做圆周运动所需的向心力由mg和fn提供 用v下表示人在圆环底部的速度 v上表示人在圆环顶部的速度 r表示圆环的半径 则 2013年6月20日上午10时 中国首位 太空教师 王亚平在天宫一号太空舱内做了如下两个实验 实验一 将用细线悬挂的小球由静止释放 小球呈