高中物理 第5章 曲线运动 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 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 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 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 答案 c 解析 战车在b点时对路面的压力最大 在a点时对路面压力最小 故选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 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 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 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 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 a 玩具车静止在拱桥顶端时的示数小一些b 玩具车运动通过拱桥顶端时的示数大一些c 玩具车运动通过拱桥顶端时处于超重状态d 玩具车运动通过拱桥顶端时速度越大 未离开拱桥 示数越小答案 d解析 玩具车通过拱桥顶端时处于失重状态 速度越大示数越小 故选项d正确 离心运动 答案 acd 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 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