高一物理生活中的圆周运动(人教版).ppt

上周教学反思 上周按计划进行向心加速度 向心力两节课内容的教学 学生对向心力的理解存在问题 不能灵活运用公式 有死记硬背情况 部分学生基础知识掌握不牢固 对遇到生题无从下手 针对这种情况 今后教学要加强学生解题能力的培养 有必要精选代表性的作业和练习 生活中的圆周运动 1 会分析具体圆周运动问题中向心力的来源 能解决生活中的圆周运动问题 2 了解航天器中的失重现象及原因 3 了解离心运动及物体做离心运动的条件 知道离心运动的应用及危害 教学目标 学习重点 水平面内的匀速圆周运动 学习难点 竖直平面内的圆周运动 教学重难点 一 铁路的弯道1 运动特点 火车转弯时实际是在做 运动 因而具有向心加速度 由于其质量巨大 所以需要很大的 力 2 向心力来源在修筑铁路时 要根据弯道的 和规定的 适当选择内外轨的高度差 使转弯时所需的向心力几乎完全由 和 的合力提供 如图5 7 1 圆周 向心 半径 行驶速度 重力G 支持力FN 第一课时 图5 7 1想一想在弯道处 火车行驶速度大于规定的速度时 是外轨还是内轨易受损 答案外轨 二 拱形桥1 汽车过凸形桥 如图5 7 2甲 小于 图5 7 2 2 汽车过凹形桥 如图5 7 2乙 三 航天器中的失重现象1 航天器在近地轨道的运动 FN mg 大于 mg 2 对失重现象的认识航天器内的任何物体都处于 状态 但并不是物体不受重力 正因为受到重力作用才使航天器连同其中的乘员 mg FN 0 完全失重 完全失重 环绕地球转动 想一想航天器中处于完全失重状态的物体一定不受重力作用吗 答案受重力作用 处于完全失重状态的物体仍受重力作用 重力提供向心力 四 离心运动1 定义 物体沿切线飞出或做 圆心的运动 2 原因 向心力突然 或合外力 所需向心力 3 应用 洗衣机的 制作无缝钢管 水泥电线杆等 想一想物体做离心运动是不是因为受离心力作用 答案不是 物体做离心运动并不是物体受到离心力作用 而是外力不能提供足够的向心力 所谓的 离心力 也是由效果命名的 实际并不存在 逐渐远离 消失 不足以提供 脱水筒 在平直轨道上匀速行驶的火车受几个力作用 这几个力的关系如何 一 铁路的弯道 那火车转弯时情况会有何不同呢 转弯与直进有何不同 画出受力示意图 并结合运动情况分析各力的关系 转弯时火车的速度方向在不断变化 火车转弯时是如何获得向心力的 由铁轨外轨的轮缘和铁轨之间互相挤压而产生的弹力提供 后果会怎样 铁轨容易损坏 轨缘也容易损坏 实际的铁路上为什么转弯处的半径和火车运行速度有条件限制 应该如何解决这一实际问题 F合 mgtan mv2 r 第二课时拱形桥 质量为m的汽车在拱形桥上以速度v行驶 若桥面的圆弧半径为R 试画出受力分析图 分析汽车通过桥的最高点时对桥的压力 F合 mg FN mv2 r FN mg mv2 r 可见 汽车对桥的压力FN小于汽车的重力mg 并且压力随汽车速度的增大而减少 当汽车对桥的压力刚好减为零时 汽车的速度有多大 当汽车的速度大于这个速度是 会发生什么现象 分析汽车通过凹形桥最低点时 汽车对桥的压力比汽车的重力大些还是小些 F合 FN mg mv2 r FN mg mv2 r 看思考与讨论 假设宇宙飞船质量为M 它在地球表面附近绕地球做匀速圆周运动 其轨道半径近似等于地球半径R 航天员质量为m 宇宙飞船和航天员受到的地球引力近似等于他们在地面上的重力 试求座舱对宇航员的支持力 此时飞船的速度多大 通过求解 你可以得出什么结论 三 航天器中的失重现象 四 离心运动 做圆周运动的物体一旦失去向心力的作用 它会怎样运动呢 如果物体受的合力不足以提供向心力 它会怎样运动呢 发表你的见解并说明原因 若F mrw2 物体做什么运动 几种常见情景的向心力分析 荡秋千时的向心力 F合 FN mg mv2 r FN mg mv2 r 过山车 中的向心力 F合 mg FN mv2 r 汽车转弯时的向心力 F合 f静 mv2 r F合 mgtan mv2 r 一 火车转弯问题1 转弯时的圆周平面 火车做圆周运动的圆周平面是水平面 火车的向心加速度和向心力均是沿水平方向指向圆心 图5 7 3 第三课时 3 速度与轨道压力的关系 1 当v v0时 所需向心力仅由重力和弹力的合力提供 此时内外轨道对火车均无挤压作用 2 当v v0时 外轨道对轮缘有侧压力 3 当v v0时 内轨道对轮缘有侧压力 4 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 例1 火车在半径r 900m的弯道转弯 火车质量为8 105kg 轨道宽为l 1 4m 外轨比内轨高h 14cm 为了使铁轨不受轮缘的挤压 火车的速度应为多大 很小时 可以近似认为tan sin g取10m s2 答案30m s 解析若火车在转弯时铁轨不受挤压 即由重力和支持力的合力提供向心力 火车转弯平面是水平面 火车受力如图所示 由牛顿第二定律得 二 汽车过桥问题1 分析汽车过桥这类问题时应把握以下两点 1 汽车在拱桥上的运动是竖直面内的圆周运动 2 向心力来源 最高点和最低点 汽车做圆周运动 重力和桥面的支持力的合力提供向心力 例2 如图5 7 4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20m 如果桥面受到的压力不得超过3 0 105N 则 1 汽车允许的最大速度是多少 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 图5 7 4 答案 1 10m s 2 105N 三 竖直面内的绳 杆模型问题1 轻绳模型 最高点 图5 7 5 1 绳 轨道 施力特点 只能施加向下的拉力 或压力 2 轻杆模型 最高点 图5 7 6 1 杆 双轨道 施力特点 既能施加向下的拉 压 力 也能施加向上的支持力 2 动力学方程 3 杆类的临界速度为v临 0 例3 一细绳与水桶相连 水桶中装有水 水桶与细绳一起在竖直平面内做圆周运动 如图5 7 7所示 水的质量m 0 5kg 水的重心到转轴的距离l 50cm g取10m s2 图5 7 7 1 若在最高点水不流出来 求桶的最小速率 2 若在最高点水桶的速率v 3m s 求水对桶底的压力 答案 1 2 24m s 2 4N 解析分别以水桶和桶中的水为研究对象 对它们进行受力分析 找出它们做圆周运动所需向心力的来源 根据牛顿运动定律建立方程求解 1 以水桶中的水为研究对象 在最高点恰好不流出来 说明水的重力恰好提供其做圆周运动所需的向心力 此时桶的速率最小 竖直平面内的变速圆周运动 第四课时 对离心运动的理解1 离心运动的实质离心运动实质是物体惯性的表现 做圆周运动的物体 总有沿着圆周切线飞出去的趋向 之所以没有飞出去 是因为受到向心力的作用 从某种意义上说 向心力的作用是不断地把物体从圆周运动的切线方向拉到圆周上来 一旦作为向心力的合外力突然消失或不足以提供向心力 物体就会发生离心运动 2 合外力与向