多彩课堂高中物理 5.7《生活中的圆周运动》（二）课件 新人教版必修2.ppt

第五章 曲线运动 第7节 生活中的圆周运动 二 1 能定性分析火车轨道拐弯处外轨比内轨高的原因 2 能定量分析汽车过拱形桥最高点和凹形桥最低点的压力问题 3 知道航天器中失重现象的本质 4 知道离心运动及其产生的条件 了解离心运动的应用和防止 5 会用牛顿第二定律分析圆周运动 6 进一步领会力与物体的惯性对物体运动状态变化所起的作用 本课时主要讨论航天器中的失重现象及离心运动 课件首先由一段宇航员在航天器中的日常生活场景 引起学生对课堂的兴趣 并引导学生对宇航员受力分析 导入新课 对宇航员受力分析 分为发射过程与在轨道正常运行两种情况 分别分析超失重情况 讨论出航天器中失重的原因 对于离心运动 利用视频中播放的日常生活中常见的现象 结合物体做圆周运动的条件及物体具有惯性 分析出离心运动出现的原因 并结合赛车视频分析生活中应对离心运动危害的措施 最后结合第一课时的内容 拓展出竖直平面内圆周运动的两类模型 绳模型与轻杆模型 由 得 宇航员在飞船中场景 在绕地球做匀速圆周运动的宇宙飞船中 宇航员受那些力 fn mg 1 航天器在发射升空 加速上升 时 航天员处在超重还是失重状态 2 航天器在轨道正常运行 绕地球做匀速圆周运动 时 航天员处在超重还是失重状态 超重 fn mg ma 三 航天器中的失重现象 当时 座舱对他的支持力fn 0 航天员处于完全失重状态 得 在绕地球做匀速圆周运动的宇宙飞船中的宇航员 除了地球引力外 还可能受到飞船座舱对他的支持力fn 失重 有人把航天器失重的原因说成是它离地球太远 从而摆脱了地球引力 这种说法对吗 正是由于地球引力的存在 才使航天器连同其中的人和物体绕地球做圆周运动 1 宇航员在围绕地球做匀速圆周运动的空间站中处于完全失重状态 下列说法正确的是 ac a 宇航员仍受重力的作用b 宇航员受力平衡c 宇航员受的重力等于所需的向心力d 宇航员不受重力的作用 四 离心运动 离心运动现象 f合 m 2r 物体做匀速圆周运动 f合 m 2r 物体做逐渐远离圆心的运动 f合 0 物体沿切线方向飞出远离圆心 1 定义 做匀速圆周运动的物体 在所受合力突然消失 或者不足以提供圆周运动所需的向心力时 做逐渐远离圆心的运动 这种运动叫做离心运动 2 条件 0 f合 m 2r 1 当f m 2r时 物体做匀速圆周运动 2 当f 0时 物体沿切线方向飞出 3 当f m 2r时 物体逐渐远离圆心 4 当f m 2r时 物体逐渐靠近圆心 离心运动的应用 离心抛掷 离心甩干 离心脱水 离心分离 赛道设计 离心运动的危害与防止 交通限速 汽车翻出赛道 bc 若拉力突然变大 小球将沿轨迹pb做离心运动b 若拉力突然变小 小球将沿轨迹pb做离心运动c 若拉力突然消失 小球将沿轨迹pa做离心运动d 若拉力突然变小 小球将沿轨迹pc做近心运动 1 如图所示 光滑水平面上 质量为m的小球在拉力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 下列关于小球运动情况的说法中正确的是 2 如图所示 光滑圆盘中心有一个小孔 用细绳穿过小孔 两端各系一小球a b a b等质量 盘上的小球a做半径为r 20cm的匀速圆周运动 若要保持b球静止 a球的角速度多大 a b 解 对于a 根据牛顿第二定律 f m 2r 对于b f mg 解得 在最高点 竖直平面内圆周运动的两类模型 一 绳模型 小球受到向下的压力或拉力f 0 小球不能达到最高点 1 若在最高点时水不流出来 求水桶的最小速率 2 若在最高点时水桶的速率为v 3m s 求水对桶底的压力 例1 一细杆与水桶相连 水桶中装有水 水桶与细杆一起在竖直平面内做圆周运动 如图 水的质量为m 0 5kg 水的重心到转轴的距离为l 50cm 取g 10m s2 不计空气阻力 解 1 水的重力恰好提供其做圆周运动所需的向心力 此时水桶的速率最小 有mg mvmin2 l解得 vmin 2 24m s 2 由于v 3m s vmin 2 24m s 因此 当水桶在最高点时 水的重力已不足以提供其做圆周运动所需的向心力 此时桶底对水有向下的压力 设为f1 则由牛顿第二定律得f1 mg mv2 l所以f1 mv2 l mg代入数据可得f1 4n v 二 杆模型 v mg mg f f f f 小球受到向上的支持力f mg 小球受到向上的支持力 0 f mg 小球只受重力作用 f 0 小球受到向下的压力或拉力f 例2 如图所示 一轻杆长为10cm 一端固定在o点 另一端固定着一质量m 1kg的小球 以o点为圆心 使小球在竖直平面内做圆周运动 小球可看作质点 取g 10m s2 2 当小球通过最高点a的速度为2m s时 杆对小球的作用力大小为多少 是拉力还是支持力 1 若小球通过最高点a时 杆对小球的作用力为零 则小球在最高点处的速度大小为多少 解 1 当小球在最高点a时 杆对小球的作用力为0 则小球仅受重力作用 由重力提供向心力即mg mv2 r式中r 10cm 0 1m g 10m s2解得v 1m s 2 当小球通过最高点时 因为速度v 2m s 1m s所以杆对小球有拉力作用由牛顿第二定律有mg f mv 2 r代入数据 解得f 30n 做圆周运动的物体 由于本身的惯性 总有沿着圆周切线方向飞去的倾向 当f m 2r时 物体做匀速圆周运动 当f 0时 物体沿切线方向飞出 当f m 2r时 物体逐渐远离圆心 当f m 2r时 物体逐渐靠近圆心 常见的离心干燥器等都是利用离心运动 1 在质量为m的电动机飞轮上固定着一个质量为m的重物 重物到转动的轴的距离为r 如图所示 为了使放在地面上的电动机不会跳起 电动机飞轮的角速度不能超过 a 2 细绳一端系一质量m 0 6kg的物体a 静止在水平面上 另一端通过光滑小孔吊着质量m 0 3kg的物体b m的中心距圆孔0 2m 已知m与水平面间的最大静摩擦力是2n 现使此平面绕中心轴线转动 问 在什么范围内b会处于静止状态 g取10m s2 3 如图所示 a b c三个物体放在水平旋转的圆盘上 三物与转盘的最大静摩擦因数均为 a的质量是2m b和c的质量均为m a b离轴距离为r c离轴2r 若三物相对盘静止 则 每个物体均受重力 支持力 静摩擦力 向心力四个力作用b c的向心加速度最大c b的摩擦力最小当圆台转速增大时 c比b先滑动 a和b同时滑动 bcd 4 如图 匀速转动的水平圆盘上 沿半径方向放置用细线相连的质量均为m的a b两个小物块 a离轴心的距离