人教版高中物理必修2第五章 曲线运动7. 生活中的圆周运动 课件(1).pptx

第五章曲线运动 第七节生活中的圆周运动 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 1 火车在弯道上运动时实际做 因而具有向心加速度 由于其质量巨大 需要很大的向心力 若内 外轨一样高 火车做圆周运动的向心力是由提供的 由于火车质量太大 靠这种方法得到向心力极易使铁轨和车轮受损 在修筑铁路时 要根据转弯处和规定的 适当选择内 外轨的 使转弯时所需的几乎完全由重力G和的合力F来提供 这样就减轻了轮缘与轨道的挤压 外轨对轮缘的弹力 圆周运动 轨道的半径 行驶速度 高度差 向心力 支持力FN 2 汽车在拱形桥上行驶到最高点时的向心力是由提供的 方向 此时汽车对桥的压力FN小于G 汽车行驶到最高点的速度越大 FN 就越 3 汽车在凹形桥上行驶通过桥最低点的向心力是由提供的 方向 此时汽车对桥的压力FN大于G 重力和支持力的合力 竖直向下 小 支持力和重力的合力 竖直向上 4 航天员随宇宙飞船绕地球做匀速圆周运动时 向心力是由提供的 当飞船的飞行速度v 时 航天员对座舱的压力FN 0 此时航天员处于状态 5 离心运动有很多应用 离心干燥器就是利用的装置 6 在水平公路上行驶的汽车 转弯时所需的向心力是由提供的 如果转弯时速度过大 所需向心力F将大于 汽车将做离心运动而造成交通事故 因此 在公路弯道处 车辆行驶不允许超过 离心运动把附着在物体上的水分甩掉 完全失重 车轮与路面间的静摩擦力 最大静摩擦力Fmax 规定的速度 万有引力和支持力的合力 1 火车车轮和铁轨是如何保持不脱轨的 解答 车轮内侧有突出的轮缘 即 卡内不卡外 2 汽车在起伏的路面行驶时容易飞离地面 这种情况是出现在凹形路面上还是凸形路面上 解答 凸形路面 3 做离心运动的物体是因为受到了 离心 的作用吗 解答 不是 主题1 铁路的弯道问题 观察铁路的直道和弯道可以发现直道的两轨是等高的 弯道两轨是不等高的 外高内低 1 火车在平直轨道上匀速行驶时受几个力作用 这几个力的合力是多大 2 假设火车在水平轨道上转弯 谁来提供火车做圆周运动的向心力 这样设计的危害是什么 3 火车在倾斜的弯道上通过时都规定了最佳行驶速度 v0 规定这个速度是要达到什么目的 当火车的实际速度v v0或v v0时 设火车依然正常行驶 内 外轨对火车的挤压作用是怎样的呢 解答 1 火车受重力 支持力 牵引力及摩擦力 这四个力的合力为零 其中重力和支持力是一对平衡力 牵引力和摩擦力是一对平衡力 2 由外轨对轮缘挤压的弹力提供 由于火车质量 速度比较大 故所需向心力也很大 因此 轮缘和铁轨之间的挤压作用力将很大 导致的后果是铁轨容易损坏 轮缘也容易损坏 3 火车在倾斜的弯道上通过时都规定了最佳行驶速度 v0 此时火车受到的重力和支持力的合力 水平 指向圆心 内 外轨对火车无挤压作用 其受力情况如图所示 当v v0时 外轨对轮缘有侧压力 当v v0时 内轨对轮缘有侧压力 主题2 汽车过拱形桥问题 1 如图甲所示 汽车通过拱形桥面最高点处受力特征是怎样的 如图乙所示 汽车通过凹形路面最低点处受力特征是怎样的 请在图中画出受力示意图 2 乘坐汽车通过拱形桥最高点时有什么感觉 是超重还是失重 通过凹形路面最低点有什么感觉 是超重还是失重 可以结合乘电梯和过山车的感觉 2020 3 5 3 汽车以不变的速率通过如图丙所示的起伏路面 a b c d四个位置中爆胎可能性最大的位置在哪点 解答 1 汽车通过拱形桥面最高点处受力情况如图丁所示 汽车受到的支持力小于重力 竖直方向合力向下 汽车通过凹形路面最低点处受力如图戊所示 汽车受到的支持力大于重力 竖直方向合力向上 2 乘坐汽车通过拱形桥最高点时有失重的感觉 通过凹形路面最低点有超重的感觉 3 汽车在d位置爆胎可能性最大 因为d位置是凹形路面 且曲率半径最小 主题3 航天器中的失重现象问题 1 如图所示 一个人站在飞机上绕地球表面做匀速圆周运动 这个人 用虚线上的质点表示 受几个力作用 处于什么状态 2 若要使这个人处于完全失重状态 飞机 实际上就成了航天器 绕地球飞行的速度应是多大 假设地球半径为R 地球表面重力加速度为g 航天员受到的地球引力近似等于他在地面时的重力 解答 1 人受重力和支持力 根据牛顿第二定律有mg FN m 所以支持力小于重力 人处于失重状态 2 若人处于完全失重状态下 即FN 0 则mg 0 m 所以飞机绕地球飞行的速度v 主题4 离心现象问题 1 离心运动是怎样的运动 产生离心运动的原因是什么 离心运动是物体沿半径方向的运动吗 2 摩托车比赛中车手在进入弯道拐弯时常常发生赛车冲出赛道的事故 如图所示 如何防止这种情况 假设赛道情况不能改变 解答 1 物体做逐渐远离圆心的运动就是离心运动 产生离心运动的原因是合力突然消失或者合力不足以提供所需的向心力 做离心运动的物体沿圆周切线方向向外远离圆心 2 可以降低速度 也可以拐弯时尽量使半径大一些 1 同一辆汽车以同样大小的速度先后开上平直的桥和凸形桥 在桥的中央处有 A 车对两种桥面的压力一样大B 车对平直桥面的压力大C 车对凸形桥面的压力大D 无法判断 解析 在平直桥上匀速行驶时 车对桥面的压力大小等于车的重力大小 在凸形桥上行驶时 mg FN m 得FN mg m 即车对桥的压力小于车的重力 所以B正确 B 2 长为L的细绳 一端系一质量为m的小球 另一端固定于某点 当绳竖直时小球静止 再给小球一水平初速度v0 使小球在竖直平面内做圆周运动 并且刚好能过最高点 下列说法中正确的是 A 小球过最高点时速度为零B 小球开始运动时绳对小球的拉力为m C 小球过最高点时绳对小球的拉力为mgD 小球过最高点时速度大小为 D 解析 小球在竖直平面内做圆周运动 它刚好能通过最高点时的速度不能等于零 而是等于只有重力提供向心力时的速度值 且此时绳子的拉力正好等于零 即mg m 则v 所以A C错误 D正确 在小球开始运动时 小球受重力 绳的拉力作用 根据牛顿第二定律得 T mg m 所以T mg m B选项错误 3 火车以某一速度v通过某弯道时 内 外轨道均不受侧压力作用 则下列分析正确的是 A 轨道半径R B 当火车速度大于v时 外轨将受到侧压力作用 其方向平行于轨道平面向外C 当火车速度小于v时 外轨将受到侧压力作用 其方向平行于轨道平面向内D 当火车质量改变时 安全速率也将改变 B 解析 当火车轨道的内 外轨均不受侧压力作用时 火车转弯需要的向心力由重力和支持力的合力提供 此时应有mgtan m 所以R 若火车速度大于v 它需要的向心力增大 增大的向心力只能由外轨对车轮向里的侧压力提供 据牛顿第三定律 外轨将受到向外的侧压力作用 若火车速度小于v 需要的向心力减小 此时内轨对车轮有向外的侧压力 以抵消部分重力和支持力的合力 所以内轨将受到向里的侧压力 火车的安全速率为v 与质量无关 4 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突然消失 关于小球运动情况的说法正确的是 A 小球在离心力的作用下将沿轨迹Pa做离心运动B 小球在离心力的作用下将沿轨迹Pb做离心运动C 小球在离心力的作用下将沿轨迹Pc做离心运动D 小球将沿轨迹Pa做离心运动 但并不受离心力的作用 D 解析 做匀速圆周运动的物体 合外力突然消失 由于本身的惯性 物体将沿该点的切线方向飞去 物体做离心运动 在合外力不足以提供物体做圆周运动的向心力时 物体也会远离圆心做离心运动 这时物体虽然不沿切线方向飞去 但合力不足以把它拉到圆周上来 拓展一 水平面的圆周运动1 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 那么内 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 F mgtan m 得tan 由于轨道平面与水平面间的夹角一般很小 可以近似地认为tan sin 代入上式得 所以内 外轨的高度差h m 0 195m 答案 0 195m见解析 拓展二 竖直平面内圆周运动的临界问题2 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 如图所示 水的质量m 0 5kg 水的重心到转轴的距离l 50cm 取g 10m s2 不计空气阻力 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 解析 1 以水桶中的水为研究对象 在最高点