高中物理拓展课-竖直面内圆周运动的轻绳、轻杆模型课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,拓展课 竖直面内圆周运动的轻绳、轻杆模型,拓展课 竖直面内圆周运动的轻绳、轻杆模型,拓展点一竖直面内圆周运动的轻绳模型,1,.,模型概述,无,支撑物,(,如球与绳连接，沿内轨道运动的,“,过山车,”,等,),的竖直面内的圆周运动，称为,“,轻绳模型,”,。,拓展点一竖直面内圆周运动的轻绳模型1.模型概述,2,.,模型特点,轻绳模型,情景图示,弹力特征,弹力可能向下，也可能等于零,2.模型特点轻绳模型情景图示弹力特征弹力可能向下，也可能等,高中物理拓展课-竖直面内圆周运动的轻绳、轻杆模型课件,试题案例,例,1,一细绳与水桶相连，水桶中装有水，水桶与细绳一起在竖直平面内做圆周运动，如图所示，水的质量,m,0.5 kg,，水的重心到转轴的距离,l,50 cm,。,(,g,取,10 m/s,2,),最高点水不流出来,解析,分别以水桶和桶中的水为研究对象，对它们进行受力分析，找出它们做圆周运动所需向心力的来源，根据牛顿运动定律建立方程求解。,(1),若,在,，求桶的最小速率；,(2),若在最高点水桶的速率,v,3 m/s,，求水对桶底的压力大小。,试题案例最高点水不流出来解析分别以水桶和桶中的水为研究,(1),以水桶中的水为研究对象，在最高点恰好不流出来，说明水的重力恰好提供其做圆周运动所需的向心力，此时桶的速率最小。,由牛顿第三定律，水对桶底的压力大小为,F,N,4 N,。,答案,(1)2.24 m/s,(2)4 N,(1)以水桶中的水为研究对象，在最高点恰好不流出来，说明水的,针对训练,1,如图所示，某公园里的过山车驶过轨道的最高点时，乘客在座椅里面头朝下，身体颠倒，若轨道半径为,R,，要使体重为,mg,的乘客经过轨道最高点时对座椅的压力等于自身的重力，则过山车在最高点时的速度大小为,(,),答案,C,针对训练1 如图所示，某公园里的过山车驶过轨道的最高点时,拓展点二竖直面内圆周运动的轻杆模型,1,.,模型概述,有,支撑物,(,如球与杆连接，小球在弯管内运动等,),的竖直面内的圆周运动，称为,“,轻杆模型,”,。,2,.,模型特点,轻杆模型,情景图示,拓展点二竖直面内圆周运动的轻杆模型1.模型概述轻杆模型情景,弹力特征,弹力可能向下，可能向上，也可能等于零,受力示意图,力学方程,临界特征,v,0,，即,F,向,0,，此时,F,N,mg,的意义,F,N,表现为拉力还是支持力的临界点,弹力特征弹力可能向下，可能向上，也可能等于零受力示意图力学方,试题案例,例,2,如图所示，长为,L,0.5 m,的,运,动，,A,端连着一个质量为,m,2 kg,的小球，,g,取,10 m/s,2,。,轻杆模型,轻杆,OA,绕,O,点在竖直面内做匀速圆周,(1),如果在最低点时小球的速度为,3 m/s,，杆对小球的拉力为多大？,(2),如果在最高点杆对小球的支持力为,4 N,，杆旋转的角速度为多大？,试题案例轻杆模型轻杆OA绕O点在竖直面内做匀速圆周(1),(2),小球在最高点受力如图乙所示，则,mg,F,N2,m,2,L,，,解得,4 rad/s,。,答案,(1)56 N,(2)4 rad/s,(2)小球在最高点受力如图乙所示，则,方法总结解答竖直面内圆周运动问题的基本思路,首先要分清是绳模型还是杆模型，其次明确两种模型到达最高点的临界条件。另外，对于杆约束物体运动到最高点时的弹力方向可先假设，然后根据计算结果的正负确定实际方向。,方法总结解答竖直面内圆周运动问题的基本思路,针对训练,2,如图所示，质量为,2,m,，且内壁光滑的导管弯成圆周轨道竖直放置，质量为,m,的小球，在管内滚动，当小球运动到最高点时，导管刚好要离开地面，此时小球的速度多大？,(,轨道半径为,R,，重力加速度为,g,),解析,小球运动到最高点时，导管刚好要离开地面，说明此时小球对导管的作用力竖直向上，大小为,F,N,2,mg,分析小球受力如图所示,针对训练2 如图所示，质量为2m，且内壁光滑的导管弯成圆,由牛顿第三定律知，,F,N,F,N,由牛顿第三定律知，FNFN,高中物理拓展课-竖直面内圆周运动的轻绳、轻杆模型课件,