四川省大英县育才中学高一物理《第二章 第3节 圆周运动的实例分析》课件.ppt

理解教材新知 把握热点考向 应用创新演练 第3节 知识点一 知识点二 考向二 第二章 考向一 考向三 知识点三 随堂基础巩固 课时跟踪训练 1 汽车通过拱形桥的运动可看做竖直平面内的圆周运动 在拱形桥的最高点 汽车对桥的压力小于汽车的重力 2 旋转秋千 火车转弯 鸟或飞机盘旋均可看做在水平面上的匀速圆周运动 其竖直方向合力为零 水平方向合力提供向心力 3 当合外力提供的向心力消失或不足时 物体将沿圆周运动的切线方向飞出或远离圆心而去做离心运动 自学教材 1 向心力来源汽车在竖直平面内做圆周运动 在最高点 重力与桥面的合力提供向心力 方向 支持力 竖直向下 mg n 小于 图2 3 1 重点诠释 1 汽车过桥的两种情况对比 图2 3 2 2 轻杆模型 如图2 3 3所示 在细轻杆上固定的小球或在管形轨道内运动的小球 由于杆和管能对小球产生向上的支持力 所以小球能在竖直平面内做圆周运动的条件是在最高点的速度大于或等于零 小球的受力情况为 图2 3 3 1 一辆满载的卡车在起伏的公路上匀速行驶 如图2 3 4所示 由于轮胎过热 容易爆胎 爆胎可能性最大的地段是 a a处b b处c c处d d处 图2 3 4 答案 d 自学教材 1 旋转秋千 旋转秋千 运动可简化为圆锥摆模型 如图2 3 5所示 1 向心力来源 物体做匀速圆周运动的向心力是由物体所受的重力和悬线对它的的合力提供 图2 3 5 拉力 mgtan lsin 越大 2 火车转弯 1 火车轮缘结构 如图2 3 6所示 火车的车轮有凸出的轮缘 且火车在轨道上运行时 车轮上有凸出轮缘的一边在两轨道内侧 这种结构特点 主要是限制火车运行的轨迹 防止脱轨 2 向心力的来源 如果转弯处内外轨一样高 外侧车轮的挤压外轨 使外轨发生形变 外轨对提供火车转弯的向心力 图2 3 6 轮缘 轮缘的弹力 火车质量大 若仅靠这种方法得到向心力 则轮缘与外轨间的作用力很大 铁轨容易损坏 造成火车倾覆 但如果在铁轨转弯处 让外轨高于内轨 如图2 3 7 a b 所示 转弯时所需的向心力由火车所受的重力和轨道对火车支持力的合力提供 图2 3 7 重点诠释 1 求解圆周运动问题的一般步骤 1 明确研究对象 即明确所研究的是哪一个做圆周运动的物体 2 确定物体做圆周运动的轨道平面 并找出圆心和半径 3 确定研究对象在某个位置所处的状态 分析物体的受力情况 判断哪些力提供向心力 4 根据向心力公式列方程求解 2 火车转弯问题分析 1 轨道平面的确定 虽然外轨高于内轨 但整个外轨是等高的 整个内轨是等高的 因而火车在行驶的过程中 重心的高度不变 即火车重心的轨迹在同一水平面内 火车做圆周运动的平面是水平面 而不是斜面 即火车的向心加速度和向心力均是沿水平面而指向圆心 图2 3 8 3 当火车行驶速度v与规定速度v0不相等时 火车所需向心力不再仅有重力和弹力的合力提供 此时内外轨道对火车轮缘有挤压作用 具体情况如下 当火车行驶速度v v0时 外轨道对轮缘有侧压力 当火车行驶速度v v0时 内轨道对轮缘有侧压力 答案 b 自学教材 1 定义物体沿圆周运动的切线方向飞出或而去的运动 2 原因合外力提供的向心力或不足 3 应用 1 离心机械 利用运动的机械 2 应用 洗衣机的脱水筒 科研生产中的离心机 远离圆心 消失 离心 重点诠释 1 离心运动的实质离心运动是物体逐渐远离圆心的一种物理现象 它的本质是物体惯性的表现 做圆周运动的物体 总是有沿着圆周切线方向飞出去的趋向 之所以没有飞出去 是因为受到向心力作用的缘故 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 物体就会沿切线方向飞出去 2 离心运动的受力特点物体做离心运动并不是物体受到离心力作用 而是由于合外力不能提供足够的向心力 所谓 离心力 实际并不存在 图2 3 9 3 如图2 3 10所示 光滑的水平面上 小球m在拉力f作用下做匀速圆周运动 若小球到达p点时f突然发生变化 下列关于小球运动的说法正确的是 a f突然消失 小球将沿轨迹pa做离心运动b f突然变小 小球将沿轨迹pa做离心运动c f突然变大 小球将沿轨迹pb做离心运动d f突然变小 小球将沿轨迹pc逐渐靠近圆心 图2 3 10 解析 若f突然消失 小球所受合外力突变为0 将沿切线方向匀速飞出 a正确 若f突然变小不足以提供所需向心力 小球将做逐渐远离圆心的离心运动 b d错误 若f突然变大 超过了所需向心力 小球将做逐渐靠近圆心的运动 c错误 答案 a 例1 有一列重为100t的火车 以72km h的速率匀速通过一个内外轨一样高的弯道 轨道半径为400m g取10m s2 1 试计算铁轨受到的侧压力 2 若要使火车以此速率通过弯道 且使铁轨受到的侧压力为零 我们可以适当倾斜路基 试计算路基倾斜角度 的正切值 思路点拨 解答本题时应注意以下两个方面 1 内外轨一样高时 外轨对轮缘的侧压力提供火车转弯的向心力 2 火车通过弯道所受侧向压力为零时 重力和铁轨对火车的支持力的合力提供火车转弯的向心力 答案 1 105n 2 0 1 借题发挥 解决此类问题时 首先要明确火车转弯做的是圆周运动 其次要找准圆周运动的平面及圆心位置 理解向心力的来源是物体所受的合外力 1 铁路转弯处的弯道半径r是由地形决定的 弯道处要求外轨比内轨高 其内外轨高度差h的设计不仅与r有关 还与火车在弯道上的行驶速率v有关 下列说法正确的是 a v一定时 r越小 要求h越大b v一定时 r越大 要求h越大c r一定时 v越小 要求h越大d r一定时 v越大 要求h越大 答案 ad 例2 下列关于离心现象的说法中正确的是 a 当物体所受的离心力大于向心力时产生离心现象b 做匀速圆周运动的物体 当它所受的一切力都消失时 它将做背离圆心的圆周运动c 做匀速圆周运动的物体 当它所受的一切力都消失时 它将沿切线做直线运动d 做匀速圆周运动的物体 当它所受的一切力都突然消失时 它将做曲线运动 思路点拨 解答本题时应注意以下两个方面 1 物体做离心运动的条件 2 做匀速圆周运动的物体 向心力突然消失时的运动方向 解析 向心力是根据效果命名的 做匀速圆周运动的物体所需要的向心力 是它所受的某个力或几个力的合力提供的 因此 它并不受向心力和离心力的作用 它之所以产生离心现象是由于f合 f向 m 2r 故a错 物体做匀速圆周运动时 若它所受到的力都突然消失 根据牛顿第一定律 它从这时起做匀速直线运动 故c正确 b d错 答案 c 借题发挥 1 物体提供的力不足以提供向心力时做离心运动 2 离心后物体可以做直线运动 也可以做曲线运动 2 下列有关洗衣机中脱水筒的脱水原理的说法正确的是 a 水滴受离心力作用而背离圆心方向甩出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 而沿切线方向甩出d 水滴与衣服间的附着力小于它所需要的向心力 于是水滴沿切线方向甩出 解析 根据离心运动的特点知 水滴的离心现象是由于水滴与衣服间的附着力小于水滴运动所需要的向心力 即提供的向心力不足 所以水滴沿切线方向甩出 正确选项为d 答案 d 例3 如图2 3 11所示 质量为m的小球置于正方体的光滑盒子中 盒子的边长略大于球的直径 某同学拿着该盒子在竖直平面内做半径为r的匀速圆周运动 已知重力加速度为g 空气阻力不计 问 1 要使盒子在最高点时盒子与小球之间恰好无作用力 则该盒子做匀速圆周运动的周期为多少 图2 3 11 由以上三式得a 4g 设小球受盒子右侧面的作用力为f 受上侧面的作用力为n 根据牛顿运动定律知在水平方向