【随堂优化训练】高中物理 第五章 7.生活中的圆周运动课件 新人教版必修2.ppt

7 生活中的圆周运动 1 火车转弯时 将它看成是圆周运动 如果铁路弯道的内外轨道一样高 则火车转弯时由 侧轨道对车轮的弹力提供向心力 如果在转弯处使铁路外轨略高于内轨 则火车经过时支持力方向不再是竖直的 使得它的 分力提供火 车转弯的向心力 外 水平 小于 大于 2 汽车通过凸形桥时 由于重力的一部分提供向心力 因此汽车对桥面的压力 汽车的重力 汽车通过凹形地面时 汽车对地面的压力 汽车的重力 mg fn 完全失重 4 离心运动 沿切线方向飞出 逐渐远离圆心 1 定义 做圆周运动的物体 在向心力突然 或合力不足以提供所需的向心力时 物体将 或 这样的运动叫做离心运动 2 离心运动与受力 做圆周运动的物体 由于本身具有 总有沿着圆周 方向飞去的趋势 切线 当物体所受合力f m 2r时 物体做圆周运动 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 消失 惯性 力不足以提供向心力 即fmax m 汽车将做离心运动 静摩擦力 3 汽车转弯 在水平公路上行驶的汽车 转弯时所需的向心力由车轮与路面间的 提供 如果转弯时速度过大 所需向心力fn很大 大于最大静摩擦力 则最大静摩擦 v2 r 知识点1 生活中的向心力 图5 7 1所示的是汽车转弯时的示意图 此时转弯处的路面不是水平的 而是稍微有点往内倾 图5 7 2所示的是汽车通过凸形地面和凹形地面时的受力情况 图5 7 1 图5 7 2 讨论 地面对车产生的指向内侧的静摩擦力 1 汽车在水平路面上转弯时 向心力的来源是 2 汽车在倾斜路面上转弯时 向心力的来源是 支持力的分力 3 汽车通过凸形地面的最高点时 向心力的来源是 重力的分力 4 汽车通过凹形地面的最低点时 向心力的来源是 支持力的分力 1 火车转弯问题 1 当火车所在转弯处的内外轨无高度差时 外轨对轮缘的弹力f就是使火车转弯的向心力 如图5 7 3甲所示 火车向 右转弯 根据牛顿第二定律f m v2r 可知 火车的质量很大 在速度和轨道半径一定的情况下 外轨对轮缘的弹力很大 使得外轨和外轮之间的磨损很大 铁轨容易受到损坏 图5 7 3 2 当外轨略高于内轨时 火车所受重力和支持力的合力提 甲 乙 图5 7 4 图5 7 5 例1 铁路转弯处的圆弧半径是300m 轨道间距是1435mm 现规定火车通过这里的速度是72km h 则内外轨的高度差应是多大才能使铁轨不受轮缘的挤压 取g 10m s2 图5 7 6 例2 如图5 7 7所示 质量为1 5 104kg的汽车以不变的速率先后驶过凹形桥面和凸形桥面 桥面圆弧半径均为15m 如果桥面承受的最大压力不得超过2 0 105n 则汽车允许的最大速率是多少 汽车以此速率驶过凸形桥面的顶端时对桥面的压力是多少 取g 10m s2 图5 7 7 解 汽车经过凹形桥面时 向心加速度方向向上 汽车处于超重状态 汽车经过凸形桥面时 向心加速度方向向下 汽车处于失重状态 所以当汽车经过凹形桥面的最低点时 如图5 7 8甲所示 汽车对桥面的压力最大 图5 7 8 触类旁通 图5 7 9 答案 ad 图3 2 双选 在下列各事例中 哪种情况将出现超重现象 a 荡秋千经过最低点时的小孩 b 汽车过凸形桥时 ac c 汽车过凹形桥时d 在绕地球做匀速圆周运动的飞船中的仪器解析 超重现象就是物体对支持物的压力大于物体所受到的重力 选项b中汽车对桥面的压力小于重力 处于失重状态 在绕地球做匀速圆周运动的飞船中的仪器是处于完全失重状态 故选项b d错误 知识点2 离心运动 在北京时间8月11日凌晨结束的2012年伦敦奥运会女子链球决赛中 中国选手张文秀以76米34的成绩获得铜牌 张文秀连续两届奥运会获得铜牌 成为中国第一位连续两届奥运会获得奖牌的田径运动员 如图5 7 10所示为链球运动员张文秀投掷链球时的情景 图5 7 10 讨论 1 运动员未松手前链球做 运动 2 运动员松手后链球做 运动 圆周 1 离心现象 做圆周运动的物体 在所受合力突然消失或不足以提供做圆周运动所需的向心力时 就会做逐渐远离圆心的运动 这种现象称为离心现象 离心 2 理解离心运动的条件 1 向心力的作用效果是改变物体的运动方向 如果向心力突然消失 则物体的速度方向不再变化 由于惯性 物体将沿切线方向飞出 并不是沿半径方向飞出 2 如果提供的向心力太小 虽然物体的速度方向仍在变化 但变化较慢 因此物体会偏离原来的圆周而做离心运动 其轨迹为圆周和切线之间的某一条曲线 3 离心运动的受力特点 物体做离心运动并不是受到 离心力 的作用 离心力 实际上是不存在的 而是外界提供的向心力太小或突然消失的缘故 4 离心运动轨迹的理解 分析物体是做圆周运动 离心运动还是向心运动 要看外界提供的向心力与物体做圆周运动所需的向心力的关系 如图5 7 11所示 图5 7 11 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 5 离心现象的应用和防止 1 利用 在实际生活中 利用离心现象工作的机械叫离心 机械 常见的有离心分离器 洗衣机的脱水筒等 2 离心现象有时也是有害的 应设法防止 如 汽车在转弯时 尤其在下雨天 冲出车道而发生事故 应 在转弯处安装限速警示牌 砂轮或飞轮在工作中高速转动时容易飞出碎片而伤人 因此在轮的外侧加一个保护罩 例3 下列关于离心现象的说法正确的是 a 当物体所受的离心力大于向心力时发生离心现象b 做匀速圆周运动的物体 当它所受的一切外力都突然消失时 它将做背离圆心的圆周运动c 做匀速圆周运动的物体 当它所受的一切外力都突然消失时 它将沿切线做直线运动d 做匀速圆周运动的物体 当它所受的一切外力都突然消失时 它将做曲线运动 解析 做匀速圆周运动的物体 当向心力消失或合力不足以提供所需向心力时 物体将做离心运动 a错误 做匀速圆周运动的物体 当它所受的一切外力都突然消失时 根据牛顿第一定律 它将沿切线方向做匀速直线运动 b d错误 c正确 答案 c 触类旁通 3 双选 下列属于离心现象的是 a 投篮球 cd b 投掷标枪c 用洗衣机脱去湿衣服中的水d 旋转雨伞甩掉雨伞上的水滴 4 一个做匀速圆周运动的物体 当它所受到的合力变小时 a 将沿切线方向飞出做匀速直线运动 b 将做靠近圆心的曲线运动 c c 将做远离圆心的曲线运动d 将做平抛运动解析 当合力不足以提供做圆周运动所需的向心力时 物体将做离心运动 竖直平面内圆周运动的类型 1 如图5 7 12甲 乙所示是没有物体支撑的小球 在 竖直平面内做圆周运动过最高点时的情形 图5 7 12 1 临界条件 绳子或轨道对小球没有力的作用 例4 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5 7 13所示 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 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 图5 7 13 触类旁通 5 如图5 7 14所示 一轻杆长为10cm 一端固定在