高一物理向心力

1、第七节生活中的圆周运动第七节生活中的圆周运动课标定位课标定位学习目标：学习目标：1.知道什么是离心现象及物体做离知道什么是离心现象及物体做离心运动的条件心运动的条件2能用所学知识解决生产、生活中有关圆周能用所学知识解决生产、生活中有关圆周运动的实际问题运动的实际问题3知道离心运动在实际中的应用、危害及防知道离心运动在实际中的应用、危害及防止措施止措施重点难点：利用物体做离心运动的条件分析、重点难点：利用物体做离心运动的条件分析、解决实际问题解决实际问题核心要点突破核心要点突破课堂互动讲练课堂互动讲练知能优化训练知能优化训练第七节第七节课前自主学案课前自主学案课前自主学案课前自主学案一、铁路的弯

2、道一、铁路的弯道1火车转弯时的运动特点火车转弯时的运动特点火车转弯时做的是火车转弯时做的是_运动，因而具有向心运动，因而具有向心加速度，需要提供加速度，需要提供_2转弯处内外轨一样高的缺点转弯处内外轨一样高的缺点如果转弯处内外轨一样高，则由如果转弯处内外轨一样高，则由_提供向心力，这样铁轨和提供向心力，这样铁轨和车轮极易受损车轮极易受损圆周圆周向心力向心力外轨对轮缘的弹力外轨对轮缘的弹力3铁路弯道的特点铁路弯道的特点(1)转弯处外轨略转弯处外轨略_于内轨于内轨(2)铁轨对火车的支持力不是竖直向上的，铁轨对火车的支持力不是竖直向上的，而是斜向弯道的而是斜向弯道的_(3)铁轨对火车的支持力与火车所

3、受重力的铁轨对火车的支持力与火车所受重力的合力指向轨道的合力指向轨道的_，它提供了火车做圆周，它提供了火车做圆周运动所需的运动所需的_注意：由铁路弯道上火车的受力特点进一步注意：由铁路弯道上火车的受力特点进一步说明了向心力是按效果命名的力说明了向心力是按效果命名的力内侧内侧圆心圆心向心力向心力高高二、拱形桥二、拱形桥1向心力来源向心力来源汽车过拱形桥时做圆周运动，所需向心力由汽车过拱形桥时做圆周运动，所需向心力由_和桥面的和桥面的_提供提供2拱形桥上的受力特点拱形桥上的受力特点图图571重力重力支持力支持力图图572完全失重完全失重完全失重完全失重四、离心运动四、离心运动1.定义：在向心力突然

4、消失或合力不足定义：在向心力突然消失或合力不足以提供所需的向心力时，物体以提供所需的向心力时，物体_或或做做_的运动的运动沿切线飞出沿切线飞出逐渐远离圆心逐渐远离圆心2离心运动与受力的关系如图离心运动与受力的关系如图573所示所示图图573核心要点突破核心要点突破图图5742明确圆周平面明确圆周平面虽然外轨高于内轨，但整个外轨是等高的，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中，重心的高度不变，即火车重心的轨迹在同一水平面内故火车的圆周平面是水平面同一水平面内故火车的圆周平面是水平面，而

5、不是斜面即火车的向心加速度和向心，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力均是沿水平面而指向圆心3速度与轨道压力的关系速度与轨道压力的关系(1)当火车行驶速度当火车行驶速度v等于规定速度等于规定速度v0时，所时，所需向心力仅由重力和弹力的合力提供，此时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无挤压作用内外轨道对火车无挤压作用(2)当火车行驶速度当火车行驶速度v与规定速度与规定速度v0不相等时不相等时，火车所需向心力不再仅由重力和弹力的合，火车所需向心力不再仅由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力提供，此时内外轨道对火车轮缘有挤压作用，具体情况如

6、下：用，具体情况如下：当火车行驶速度当火车行驶速度vv0时，外轨道对轮缘有时，外轨道对轮缘有侧压力侧压力当火车行驶速度当火车行驶速度vv0时，内轨道对轮缘有时，内轨道对轮缘有侧压力侧压力即时应用即时应用 (即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)1火车轨道在转弯处外轨高于内轨，其高火车轨道在转弯处外轨高于内轨，其高度差由转弯半径与火车速度确定若在某转度差由转弯半径与火车速度确定若在某转弯处规定行驶速度弯处规定行驶速度v，则下列说法中正确的，则下列说法中正确的是是()A当以当以v的速度通过此弯道时，火车重力的速度通过此弯道时，火车重力与轨道面支持力的合力提供向心力与轨道面支持力的合力提供向心力B当

7、以当以v的速度通过此弯道时，火车重力、的速度通过此弯道时，火车重力、轨道面支持力和外轨对轮缘弹力的合力提供轨道面支持力和外轨对轮缘弹力的合力提供向心力向心力C当速度大于当速度大于v时，轮缘挤压外轨时，轮缘挤压外轨D当速度小于当速度小于v时，轮缘挤压外轨时，轮缘挤压外轨解析：解析：选选AC.铁路转弯处，火车需要向心力铁路转弯处，火车需要向心力，当火车按规定行驶速度，当火车按规定行驶速度v通过转弯处时，通过转弯处时，支持力和重力的合力可提供向心力，支持力和重力的合力可提供向心力，A对，对，B错当速度大于错当速度大于v时，火车需要的向心力时，火车需要的向心力增大，轮缘挤压外轨，火车重力、轨道面支增大

8、，轮缘挤压外轨，火车重力、轨道面支持力和外轨对轮缘弹力的合力提供向心力，持力和外轨对轮缘弹力的合力提供向心力，C对，对，D错错二、对离心运动的理解二、对离心运动的理解1离心运动的实质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，是因为受到向心力作，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

9、然消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，物体就会发生离心失或不足以提供向心力，物体就会发生离心运动运动2合外力与向心力的关系合外力与向心力的关系(如图如图575)图图575特别提醒：特别提醒：(1)离心运动并不是受到离心力离心运动并不是受到离心力的作用产生的运动的作用产生的运动(2)离心运动并不是沿半径方向向外远离圆离心运动并不是沿半径方向向外远离圆心的运动心的运动即时应用即时应用 (即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)2下列关于离心现象的说法正确的是下列关于离心现象的说法正确的是()A当物体所受离心力大于向心力时产生离心当物体所受离心力大于向心力时产生离心现象现象B做

10、匀速圆周运动的物体，当它所受的一切做匀速圆周运动的物体，当它所受的一切力都消失时，它将做背离圆心的运动力都消失时，它将做背离圆心的运动C做匀速圆周运动的物体，当它所受的一切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力都消失时，它将沿切线做直线运动D将匀速圆周运动的物体，当它所受的一切将匀速圆周运动的物体，当它所受的一切力都消失时，它将做曲线运动力都消失时，它将做曲线运动解析：解析：选选C.做匀速圆周运动的物体的向心力做匀速圆周运动的物体的向心力是效果力产生离心现象的原因是是效果力产生离心现象的原因是F合合mr2，或是，或是F合合0(F突然消失突然消失)，故，故A项错；

11、当项错；当F0时，根据牛顿第一定律，物体从这时起时，根据牛顿第一定律，物体从这时起沿切线做匀速直线运动，故沿切线做匀速直线运动，故C项对，项对，B、D项项错错图图5762轻杆模型轻杆模型如图如图577所示，在细轻杆上固定的小球所示，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，所以小球能在竖对小球产生向上的支持力，所以小球能在竖直平面内做半径为直平面内做半径为R的圆周运动的条件是在的圆周运动的条件是在最高点的速度大于或等于零，小球的受力情最高点的速度大于或等于零，小球的受力情况为：况为：图图577特别提醒：特别提醒：对竖

12、直平面内的圆周运动对竖直平面内的圆周运动(1)要明确运动的模型，即绳或杆要明确运动的模型，即绳或杆(2)由不同模型的临界条件分析受力，找到由不同模型的临界条件分析受力，找到向心力的来源向心力的来源课堂互动讲练课堂互动讲练 (2011年秦皇岛高一检测年秦皇岛高一检测)火车以半径火车以半径r900 m转弯，火车质量为转弯，火车质量为8105 kg，轨道，轨道宽为宽为l1.4 m，外轨比内轨高，外轨比内轨高h14 cm，为，为了使铁轨不受轮缘的挤压，火车的速度应为了使铁轨不受轮缘的挤压，火车的速度应为多大？多大？(g取取10 m/s2)车辆转弯问题的计算车辆转弯问题的计算例例1【思路点拨思路点拨】解

13、答本题应该把握以下三解答本题应该把握以下三点：点：(1)火车转弯的向心力由其受到的重力和支火车转弯的向心力由其受到的重力和支持力的合力提供持力的合力提供(2)火车的轨道平面是水平的火车的轨道平面是水平的(3)当当很小时，可以近似认为很小时，可以近似认为sintan.【精讲精析精讲精析】若火车在转弯时不受挤压，若火车在转弯时不受挤压，即由重力和支持力的合力提供向心力，火车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转弯平面是水平面火车受力如图578所示，由牛顿第二定律得：所示，由牛顿第二定律得：图图578【答案答案】30 m/s【方法总结方法总结】车辆转弯中，重力和支持力车

14、辆转弯中，重力和支持力的合力沿水平方向，有的同学误认为沿的合力沿水平方向，有的同学误认为沿“斜斜面面”向下向下变式训练变式训练1如图如图579所示，高速公路转所示，高速公路转弯处弯道圆半径弯处弯道圆半径R100 m，汽车轮胎与路，汽车轮胎与路面间的动摩擦因数面间的动摩擦因数0.23.若路面是水平的若路面是水平的，问汽车转弯时不发生径向滑动，问汽车转弯时不发生径向滑动(离心现象离心现象)所许可的最大速率所许可的最大速率vm为多大？当超过为多大？当超过vm时时，将会出现什么现象？，将会出现什么现象？(g9.8 m/s2)图图579答案：答案：见解析见解析 如图如图5710所示，质量所示，质量m2.

15、0104 kg的汽车以不变的速率先后驶过凹形桥面和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凸形桥面，两桥面的圆弧半径均为20 m如如果桥面承受的压力不得超过果桥面承受的压力不得超过3.0105 N，则：，则：拱形桥问题的计算拱形桥问题的计算例例2图图5710(1)汽车允许的最大速率是多少？汽车允许的最大速率是多少？(2)若以所求速度行驶，汽车对桥面的最小若以所求速度行驶，汽车对桥面的最小压力是多少？压力是多少？(g取取10 m/s2)【思路点拨思路点拨】首先判断汽车在何位置对首先判断汽车在何位置对路面的压力最大、最小，然后利用向心力公路面的压力最大、最小，然后利用向心

16、力公式求解式求解【答案答案】(1)10 m/s(2)105 N变式训练变式训练2如图如图5711所示，汽车在炎所示，汽车在炎热的夏天沿不平的曲面行驶，其中最容易发热的夏天沿不平的曲面行驶，其中最容易发生爆胎的点是生爆胎的点是(假定汽车运动速率假定汽车运动速率vavc，vbvd)()图图5711Aa点点Bb点点Cc点点 Dd点点 一细杆与水桶相连，水桶中装有水，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，水桶与细杆一起在竖直平面内做圆周运动，如图如图5712所示，水的质量所示，水的质量m0.5 kg，水的重心到转轴的距离水的重心到转轴的距离l60 cm.图图5712竖直

17、平面内的临界问题竖直平面内的临界问题例例3(1)若在最高点水不流出来，求桶的最小速若在最高点水不流出来，求桶的最小速率率(2)若在最高点的水桶速率若在最高点的水桶速率v3 m/s，求水，求水对桶底的压力对桶底的压力(g取取9.8 m/s2)【思路点拨思路点拨】以水桶中的水为研究对象以水桶中的水为研究对象，在最高点水恰好不流出来，说明水的重力，在最高点水恰好不流出来，说明水的重力恰好提供其做圆周运动所需的向心力，此时恰好提供其做圆周运动所需的向心力，此时桶的速率最小桶的速率最小【答案答案】(1)2.42 m/s(2)2.6 N方向竖直方向竖直向上向上变式训练变式训练3(2011年福建模拟年福建模拟)如图如图5713所示，轻杆的一端有一个小球，另一端连接所示，轻杆的一端有一个小球，另一端