人教版高中物理必修二：5.7竖直平面内的圆周运动-PPT课件

竖直平面内的圆周运动竖直平面内的圆周运动竖直平面内的圆周运动的特点：竖直平面内的圆周运动的特点：一般是变速圆周运动；一般是变速圆周运动；合外力一般不指向圆心；（但最低点最高点除外）合外力一般不指向圆心；（但最低点最高点除外）合外力不等于向心力，只是在半径方向的分力提供向心力合外力不等于向心力，只是在半径方向的分力提供向心力 -生活中你知道的哪些物体运动是竖直平面内的圆周运动呢？生活中你知道的哪些物体运动是竖直平面内的圆周运动呢？试着说说这些物体运动有什么特点呢？试着说说这些物体运动有什么特点呢？已知小球质量为已知小球质量为0.1kg，绳长，绳长1m，g=10m/s2，忽略小球本身大小：忽略小球本身大小：求当最高点求当最高点小球小球速度速度v=4m/s，绳的拉力绳的拉力T？求当最高点求当最高点小球小球速度速度v=m/s，绳的拉力绳的拉力T？求当最高点求当最高点小球小球速度速度v=3m/s，绳的拉力绳的拉力T？10mgTov当小球在最高点的速度为当小球在最高点的速度为v时，绳的拉力时，绳的拉力T与速度与速度v的关系怎样？的关系怎样？RvmmgT2最高点的牛顿第二定律关系：最高点的牛顿第二定律关系：ov绳子约束类：绳子约束类：(水流星水流星)小球小球恰好恰好过最高点的条件：过最高点的条件：grvT0,0当当v=v0，小球小球恰好能够通过最高点；恰好能够通过最高点；当当vv0，小球小球能够通过最高点。能够通过最高点。mgFN 1、物体沿竖直内轨运动、物体沿竖直内轨运动（过山车过山车）有一竖直放置、内壁有一竖直放置、内壁光滑光滑圆环，其半径为圆环，其半径为r，质量为，质量为m的小球沿它的内的小球沿它的内表面做圆周运动，分析表面做圆周运动，分析小球在最高点的速度应满足什么条件？小球在最高点的速度应满足什么条件？rvmFmgN2最高点的牛顿第二定律关系：最高点的牛顿第二定律关系：小球恰好小球恰好过最高点的条件：过最高点的条件：grvFN0,0轨道约束类轨道约束类小结小结1：细绳、圆形内轨道模型：细绳、圆形内轨道模型ovovmgFNRvmmgT2最高点：最高点：Rvmmg2临界临界条件：临界条件：临界速度：临界速度：gRv临界RvmmgFN2最高点：最高点：Rvmmg2临界临界条件：临界条件：临界速度：临界速度：gRv临界mgTgRv能通过最高点的条件是在最高点速度能通过最高点的条件是在最高点速度练习练习1 1：用长为用长为r r的细绳拴着质量为的细绳拴着质量为m m的小球在竖直平面的小球在竖直平面内做圆周运动，如图，则下列说法正确的是内做圆周运动，如图，则下列说法正确的是 （）A A 小球在圆周最高点时的向心力一定只有重力提供小球在圆周最高点时的向心力一定只有重力提供B B 小球在圆周最高点时绳子的拉力不可能为小球在圆周最高点时绳子的拉力不可能为0 0C C 若小球刚好能在竖直平面内做圆周运动，则其在最若小球刚好能在竖直平面内做圆周运动，则其在最高点的速率为高点的速率为D D 小球在圆周最低点时拉力一定大于重力小球在圆周最低点时拉力一定大于重力grmol2、管道内的圆周运动、管道内的圆周运动（省人民医院暗藏省人民医院暗藏8300米米“暗道暗道”发药像射炮发药像射炮弹弹 ）轨道约束类轨道约束类如图，有一内壁光滑、如图，有一内壁光滑、竖直竖直放置的管型轨道，其半径为放置的管型轨道，其半径为R，管内有一质量为管内有一质量为m的小球在做的小球在做圆周运动圆周运动，小球的直径刚好，小球的直径刚好略小于管的内径。问：略小于管的内径。问：（1 1）小球运动到）小球运动到最低点最低点时，时，速度与受力速度与受力的关系如何？的关系如何？（2 2）小球运动到）小球运动到最高点最高点时，时，速度与受力速度与受力的关系又是如何？的关系又是如何？GV2GF1V1F2F3RvmFmg222RvmFmg223最高点最高点:最低点：最低点：Rvmmg211F最小速度最小速度v=0，此时，此时mg=F3思考：思考：小球在最高点的最小速小球在最高点的最小速度可以是多少？度可以是多少？v如果让长为如果让长为L的轻杆一端固定着一质量为的轻杆一端固定着一质量为m的小球，使小球在竖的小球，使小球在竖直平面内做圆周运动。直平面内做圆周运动。试分析：试分析：（1）当小球在最低点）当小球在最低点A的速度为的速度为v2时，杆的受力与速度时，杆的受力与速度的关系怎样？的关系怎样？（2）当小球在最高点）当小球在最高点B的速度为的速度为v1时，杆的受力与速度时，杆的受力与速度的关系怎样？的关系怎样？小结小结2：轻杆、圆管模型：轻杆、圆管模型vvgRv（1）：轻轻杆提供杆提供向下向下拉力（圆管的外壁受到挤压提供向下的支持力）拉力（圆管的外壁受到挤压提供向下的支持力）RvmmgT2)(2RvmmgFN：轻杆提供轻杆提供向上向上的支持力（圆管的内壁受到挤压提供向上的的支持力（圆管的内壁受到挤压提供向上的支持力）支持力）：重力恰好提供向心力，轻杆（圆管）对球没有力的作用重力恰好提供向心力，轻杆（圆管）对球没有力的作用RvmFmgN2gRv（2）gRv 0（3）0v（4）mgFN：轻杆（圆管的内壁）提供向上的支持力轻杆（圆管的内壁）提供向上的支持力恰能过最高点恰能过最高点练习练习2 2：细杆的一端与一小球相连，可绕细杆的一端与一小球相连，可绕O O点的水平轴点的水平轴自由转动，现在给小球一初速度，使它做圆周运动，自由转动，现在给小球一初速度，使它做圆周运动，图中图中a a、b b分别表示小球轨道的最低点和最高点，则杆分别表示小球轨道的最低点和最高点，则杆对球的作用力可能是（对球的作用力可能是（）A aA a处为拉力，处为拉力，b b处为拉力处为拉力 B aB a处为拉力，处为拉力，b b处为推力处为推力 C aC a处为推力，处为推力，b b处为拉力处为拉力 D aD a处为推力，处为推力，b b处为推力处为推力 oba总结：总结：竖直平面内圆周运动的临界问题竖直平面内圆周运动的临界问题物理情景物理情景图示图示在最高点的临界特点在最高点的临界特点做圆周运动条件做圆周运动条件细绳拉着小球细绳拉着小球在竖直平面内在竖直平面内运动运动T=0T=0 在最高点时速在最高点时速度应不小于度应不小于小球在竖直放小球在竖直放置的光滑圆环置的光滑圆环内侧运动内侧运动N=0N=0 在最高点时速在最高点时速度应不小于度应不小于小球固定在轻小球固定在轻杆上在竖直面杆上在竖直面内运动内运动V0V0F F向向00F F向向=F=FT T+mg+mg 或或F F向向=mg-F=mg-Fn n在最高点速度在最高点速度应大于应大于0 0小球在竖直放小球在竖直放置的光滑管中置的光滑管中运动运动V0V0F F向向00F F向向=F=FT T+mg+mg 或或F F向向=mg-F=mg-Fn n在最高点速度在最高点速度应大于应大于0 0rvmmg2grv rvmmg2grv grgr