高中物理 第五章 曲线运动 7 生活中的圆周运动课件 新人教版必修2.pptVIP

7生活中的圆周运动 1 能定性分析火车转弯时外轨比内轨高的原因 知道航天器中失重现象的本质 2 会用牛顿第二定律分析圆周运动 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 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 知道离心现象及产生条件 了解离心运动的应用和防止 教学目标 重点 1 理解向心力是一种效果力 2 在具体问题中能找到是谁提供向心力的 并结合牛顿运动定律求解有关问题 难点 1 具体问题中向心力的来源 2 关于对临界问题的讨论和分析 3 对变速圆周运动的理解和处理 重点难点 本节课在匀速圆周运动的基础上 结合两个实际例子进行分析 教学时要注意充分发挥教师的主导作用和学生的主体作用 拓展知识的应用 分析和解决有关圆周运动的问题 重要的是搞清楚向心力的来源 这是研究匀速圆周运动的关键 在具体问题的分析时 要注意 1 要判断圆心的位置和质点做圆周运动的半径 2 对向心力来源的分析 要明确分析和计算的依据仍是普遍的运动规律 牛顿第二定律 只是这里的加速度是向心加速度 教学建议 导入一 师 生活中圆周运动的例子很多 你能列举一些吗 生 师 生活中的圆周运动是多种多样的 大家都知道圆周运动需要向心力 你能谈谈对向心力的认识吗 生1 向心力总是指向圆心的 生2 向心力是按力的作用效果命名的力 并且是由其他力来提供的 新课导入 师 组织 鼓励学生向老师提问有关圆周运动的问题 生 积极提问 师 对学生的提问 教师首先要肯定其勇气 并告诉学生他们所提的问题多数会在这堂课中得到解决 这堂课将深入分析圆周运动的几个特例 解决圆周运动问题的关键是分析向心力的来源 应用的规律仍然是牛顿第二定律 与前面所学的知识大同小异 新课导入 导入二 赛车在经过弯道时都会减速 如果不减速赛车就会出现侧滑 从而引发事故 大家思考一下我们如何才能使赛车在弯道上不减速通过 课件展示自行车赛中自行车在通过弯道时的情景 根据展示可以看出自行车在通过弯道时都是向内侧倾斜 这样的目的是什么 赛场有什么特点 今天我们就来研究一下在转弯的过程当中如何来保证安全 新课导入 火车转弯时 在弯道处使外轨略 内轨 铁轨对火车的支持力fn的方向不再是竖直的 而是斜向弯道的 侧 在修筑铁路时 要根据弯道的半径和规定的行驶速度 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 和支持力fn的合力来提供 如图5 7 1所示 由f合 gtan mgtan 得v0 由于火车轨道建成后 r 各量是确定的 所以火车转弯时的车速应当是一个定值 火车转弯问题 知识必备 知识点一 高于 内 重力g 图5 7 1 汽车过拱形桥 知识必备 知识点二 g fn g fn g fn 小于 越小 0 平抛运动 航天器中的失重现象 知识必备 知识点三 地球半径 失重 做圆周运动的物体 由于 总有沿着切线方向飞出去的倾向 但它没有飞出去 这是因为 在拉着它 使它与圆心的距离保持不变 一旦向心力 物体就沿切线方向飞出去 而在合力不足以提供所需向心力时 物体虽不会沿切线方向飞出去 也会逐渐远离圆心 离心运动 知识必备 知识点四 惯性 向心力 突然消失 想一想 铁路和高速公路的转弯处以及赛车场的环形车道的路面总是外侧高 内侧低 这样做的目的是什么 要点总结 1 当火车行驶速度v等于规定速度v0时 火车所需的向心力仅由 提供 此时内 外轨对火车轮缘 挤压作用 学习互动 火车 汽车拐弯问题分析 考点一 重力和弹力的合力 无 2 当火车行驶速度v与规定速度v0不相等时 火车所需的向心力不再仅由重力和弹力的合力提供 此时内 外轨对火车轮缘有挤压作用 具体情况如下 1 当火车行驶速度v v0时 对轮缘有侧压力 2 当火车行驶速度v v0时 对轮缘有侧压力 学习互动 外轨 内轨 学习互动 学习互动 答案 a 学习互动 点评 对于火车拐弯问题要把握好以下两点 1 火车拐弯的动力学分析 2 铁轨与火车轮缘的结构 如图所示 学习互动 圆周运动中的超重和失重 考点二 想一想 汽车通过拱形桥最高点时 是处于超重状态还是处于失重状态 为什么 要点总结 1 汽车过桥中的超重与失重 学习互动 学习互动 例2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60m 如果桥面承受的压力不得超过3 0 105n 则 1 汽车允许的最大速率是多少 2 若以 1 问所求速率行驶 汽车对桥面的最小压力是多少 g取10m s2 学习互动 学习互动 例3一辆载重汽车的质量为4m 通过半径为r的拱形桥 若桥顶能承受的最大压力为f 3mg g为重力加速度 为了安全行驶 试求汽车通过桥顶的速度范围 学习互动 点评 安全行驶应该是既不压坏桥顶 又不飞离桥面 因此速度不能太小 否则会压坏桥顶 速度也不能太大 否则会飞离桥面 想一想 洗衣机脱水筒里的衣服上的水为什么能脱离衣服呢 摩托车越野比赛时 经常看到摩托车在转弯处出现翻车现象 这种现象是怎样产生的呢 要点总结 1 离心运动 1 定义 做圆周运动的物体 在所受合外力 或 的情况下 所做的逐渐远离圆心的运动 2 本质 做圆周运动的物体 由于本身的 总有沿着圆周切线方向飞出去的倾向 学习互动 对离心运动的理解和应用 考点三 突然消失 不足以提供圆周运动所需向心力 惯性 3 受力特点 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fm 2r时 物体将逐渐靠近圆心 做近心运动 学习互动 图5 7 2 学习互动 例4关于离心运动 下列说法中正确的是 a 物体一直不受外力作用时 可能做离心运动b 在外界提供的向心力突然变大时 原来做匀速圆周运动的物体将做离心运动c 只要向心力的数值发生变化 原来做匀速圆周运动的物体就将做离心运动d 当外界提供的向心力突然消失或数值变小时 原来做匀速圆周运动的物体将做离心运动 答案 d 解析 所谓离心运动是指原来在做圆周运动的物体后来远离圆心 所以选项a错误 离心运动发生的条件是 实际的合力小于做圆周运动所需要的向心力 所以选项b c错误 d正确 学习互动 点评 本题考查离心现象 解答本题的关键是理解离心运动的本质 备用习题 答案 c 解析 物体在最低点最可能出现相对滑动 对物体进行受力分析 应用牛顿第二定律 有 mgcos mgsin m 2r 解得 1 0rad s 选项c正确 备用习题 2 多选 如图所示为赛车场的一个水平 u 形弯道 转弯处为圆心在o点的半圆 内 外半径分别为r和2r 一辆质量为m的赛车通过ab线经弯道到达a b 线 有如图所示的 三条路线 其中路线 是以o 为圆心的半圆 oo r 赛车沿圆弧路线行驶时 路面对轮胎的最大径向静摩擦力为fmax 选择路线 赛车以不打滑的最大速率通过弯道 则 所选路线内赛车速率不变 发动机功率足够大 a 选择路线 赛车经过的路程最短b 选择路线 赛车的速率最小c 选择路线 赛车所用时间最短d 三条路线的圆弧上 赛车的向心加速度大小相等 备用习题 答案 acd 备用习题 3 下列有关洗衣机脱水筒的脱水原理说法正确的是 a 水滴受离心力作用 而沿背离圆心的方向甩出b 水滴受到向心力 由于惯性沿切线方向甩出c 水滴受到的离心力大于它受到的向心力 从而沿切线方向甩出d 水滴与衣服间的附着力小于它所需的向心力 于是沿切线方向甩出 答案 d 自我检测 图5 7 3 自我检测 答案 b 自我检测 2 圆周运动中的超重与失重 多选 在下列各事例中 哪种情况将出现超重现象 a 荡秋千的小孩经过最低点时b 汽车过凸形桥最高点时c 汽车过凹形桥最低点时d 在绕地球做匀速圆周运动的飞船中的仪器 答案 ac 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 自我检测 3 对离心运动的理解和应用 世界一级方程式锦标赛新加坡大奖赛赛道单圈长5 067公里 共有23个弯道 如图5 7 4所示 赛车