鲁科版必修2 向心力的实例分析 第1课时 课件(28张）.ppt

第3节向心力的实例分析 第4章匀速圆周运动 教学目标 通过举例说明什么是向心力及向心力来源自己设计实验研究向心力和哪些因素有关运用向心力的公式计算相关题目根据牛顿第二定律分析向心力的物理意义根据向心力推导向心加速度的公式 并计算相关题目 1 设汽车沿半径为r的水平圆形跑道以匀速率v行驶 若汽车与路面的动摩擦因数为 要使汽车不侧滑 则汽车行驶的最大速率是多少 解 一 水平面的圆周运动 1 汽车拐弯 1 潮湿路面或者路面有沙粒易出现交通事故 原因 2 急弯易出现交通事故 原因 思考与讨论 减小 r减小 如何才能减少交通事故 f 2 火车转弯 c 由于该弹力是由轮缘和外轨的挤压产生的 且由于火车质量很大 故轮缘和外轨间的相互作用力很大 易损坏铁轨 1 内外轨道一样高时 g fn f a 此时火车车轮受三个力 重力 支持力 外轨对轮缘的弹力 b 外轨对轮缘的弹力f提供向心力 2 外轨高内轨低时转弯 h r越大 火车转弯越安全 此为火车转变时的安全速度 思考 1 如果v行驶 v安全 情况如何 2 如果v行驶 v安全 情况如何 很小时 sin tan 当v v0时 当v v0时 当v v0时 轮缘不受侧向压力 轮缘受到外轨向内的挤压力 外轨易损坏 轮缘受到内轨向外的挤压力 内轨易损坏 当 1 求汽车以速度v过半径为r的拱桥时对拱桥的压力 解 g和n的合力提供汽车做圆周运动的向心力 由牛顿第二定律得 可见汽车的速度越大对桥的压力越小 时汽车对桥的压力为零 临界速度 当 大于 临界时 汽车做什么运动 平抛运动 二 竖直面的圆周运动 由于 竖直向下 属失重现象 2 求汽车过凹形路段最低点时对路面的压力 解 g和n的合力提供汽车做圆周运动的向心力 由牛顿第二定律得 可见汽车的速度越大对桥的压力越大 由于 竖直向上 属超重现象 例 火车转弯时轨迹的半径r 900m 火车质量为8 105kg 火车两轨间距l 1 4m 两轨高度差h 0 14m 给你一块路牌来限制火车速度 要使火车转弯时所需向心力完全由重力和支持力的合力来提供 这块路牌上速度应填多少 较小时可认为tan sin 圆周运动的两种临界问题 1 绳的模型 如图所示 没有物体支承的小球 在竖直平面作圆周运动 过最高点临界条件 绳子和轨道对小球刚好没有力的作用 由mg mv2 r得 能过最高点条件 v v临界 不能过最高点条件 v v临界 2 杆的模型 在最高点mg fn mv2 l 当v 0时 fn mg fn为支持力 方向和指向圆心方向相反 当时 fn随v增大而减小 且mg fn 0 fn仍为支持力 当时 fn 0 当时 fn随v增大而增大 且fn 0 fn为拉力 方向指向圆心 临界条件 硬杆支撑最高点的临界速度为零 如图所示的有物体支承的小球 在竖直平面作圆周运动 例2 长度为l 0 5m的轻质细杆oa a端有一质量为m 3 0kg的小球 如图所示 小球以o点为圆心在竖直平面内做圆周运动 通过最高点时小球的速率是2 0m s g取10m s2 则此时细杆oa受到 a 6 0n的拉力b 6 0n的压力c 24n的拉力d 24n的压力 b 解法 小球在a点的速度大于时 杆受到拉力 小于时 杆受压力 v0 m s m s由于v 2 0m s m s 我们知道 过最高点时 球对细杆产生压力 小球受重力mg和细杆的支持力n由牛顿第二定律mg n mn mg m 6 0n故应选b 解圆周运动问题的基本步骤 1 确定做圆周运动的物体为研究对象 2 确定圆周运动的轨道平面 圆心位置和半径 3 受力分析找出向心力 半径方向的合力 4 选择规律列方程求解 2 汽车过凹桥时 在最低点时 车对凹桥的压力怎样 v fn fn g 即汽车对桥的压力大于其所受重力 处于超重状态 容易引发爆胎 1 过凹形桥 1 汽车静止在桥上与通过桥时的状态是否相同 g 二 竖直面的圆周运动 例 质量为5kg的物体沿着半径为2m的半球形金属内壁下滑至最低点时的速度为10m s 若物体与球壳之间的动摩擦因数为0 2 求物体在最低点时 受到的摩擦力的大小 3 汽车过凸桥时 在最高点时 车对凸桥的压力又怎样 v g fn fn g即汽车对桥的压力小于其所受重力 处于失重状态 不易控制 1 过凸形桥 4 若汽车的运动速度变大 压力如何变化 会出现 飞车 现象很危险 若 思考与讨论 地球可以看做一个巨大的拱形桥 桥面的半径就是地球的半径 当速度增大到一定程度时 汽车会不会飞离地球呢 例 质量为m 2t的汽车在拱桥上以速度v 15m s前进 桥面的圆弧半径为r 30m 重力加速度为g 10m s2 求汽车通过桥的最高点时对桥面的压力 小结 2 解圆周运动问题的基本步骤 汽车 火车转弯问题 竖直平面的圆周运动 1 实例分析 作业 p804 6 7 铁路的弯道通常外高内低 当车速按照规定速度行驶 火车与铁轨之间无挤压 有利于保养铁轨 求火车转弯的规定速度 f合 f向 通过弯道的规定速度取决于弯道的半径和倾角 2 火车拐弯 外轨 内轨 思考讨论 如果火车转弯时的速度超过了规定速度 那么哪一道铁轨会受到车轮轮缘挤压 如