物理人教版必修二 第五章 第七节《生活中的圆周运动》课件

欢迎进入物理课堂 第七节生活中的圆周运动 学习目标 1 会分析具体圆周运动问题中向心力的来源 能解决生活中的圆周运动问题 2 了解航天器中的失重现象及原因 3 了解离心运动及物体做离心运动的条件 知道离心运动的应用及危害 重点难点 利用物体做离心运动的条件分析 解决实际问题 一 铁路的弯道 自主探究 火车转弯时的向心力1 火车转弯时的动力学分析火车转弯时做的是圆周运动 因而具有向心加速度 需要提供向心力 2 发现问题如果转弯处内外轨一样高 则由外轨对轮缘的弹力提供向心力 这样铁轨和车轮极易受损 3 解决方案 1 转弯处外轨 内轨 2 铁轨对火车的支持力不是竖直向上的 而是斜向弯道的 略高于 内侧 3 铁轨对火车的支持力与火车所受重力的合力指向轨道的圆心 它提供了火车做圆周运动所需的向心力 成功发现在转弯处外轨略高于内轨 火车所受支持力与所受重力的合力恰好等于向心力 铁轨与轮缘之间 弹力 这样就避免了铁轨和车轮受损 没有 二 拱形桥1 向心力来源汽车过拱形桥时做圆周运动 所需向心力由 和桥面的 提供 2 拱形桥上的受力特点 1 汽车在凸形桥的最高点时 如图5 7 1所示 重力 支持力 注意 汽车运动到凸形桥的最高点时处于失重状态 运动到凹形桥的最低点时处于超重状态 完全失重 完全失重 注意 把航天器失重的原因说成是它离地球太远 从而摆脱了地球引力 是完全错误的 四 离心运动1 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 物体沿 飞出或做 的运动 2 应用 洗衣机脱水桶 纺织厂和炼钢厂也常采用离心技术 切线 逐渐远离圆心 图5 7 3 2 明确圆周平面虽然外轨高于内轨 但整个外轨和整个内轨都是等高的 因而火车在行驶的过程中重心的轨迹在同一水平面内 故火车的向心加速度和向心力均是沿水平面而指向圆心的 3 速度与轨道压力的关系 1 当v v0时 所需向心力仅由重力和弹力的合力提供 此时内外轨道对轮缘无挤压作用 2 当v v0时 外轨道对轮缘有侧压力 3 当v v0时 内轨道对轮缘有侧压力 特别提醒 汽车 摩托车赛道拐弯处 高速公路转弯处设计成外高内低 也是尽量使车受到的重力和支持力的合力提供向心力 以减小车轮受到地面施加的侧向摩擦力 铁路转弯的圆弧半径是300m 轨距是1435mm 规定火车通过这里的速度是72km h 内外轨的高度差该是多大时才能使铁轨不受轮缘的挤压 保持内外轨的这个高度差 如果车的速度大于或小于72km h 会分别发生什么现象 说明理由 思路点拨 求解该题应把握以下两点 1 火车转弯的向心力由重力和支持力的合力提供 2 vv0外侧轮缘受挤压 精讲精析 1 火车在转弯时所需的向心力在 临界 状态时由火车所受的重力和轨道对火车的支持力的合力提供 如图5 7 4所示 图中h为内外轨的高度差 d为轨距 图5 7 4 2 如果车速v 72km h 20m s F将小于需要的向心力 所差的需由外轨对轮缘的弹力来弥补 这样会出现外侧车轮向外挤压外轨的现象 如果车速v 72km h F将大于需要的向心力 超出的则由内轨对内侧车轮轮缘的压力来平衡 这样就出现内侧车轮的轮缘向内挤压内轨的现象 答案 1 0 195m 2 见精讲精析 名师点评 1 火车以规定速度通过弯道时 是由重力与支持力的合力提供向心力 其合力沿水平方向指向圆心 2 车辆在水平路面上转弯时 摩擦力提供向心力 变式训练1 在高速公路的拐弯处 路面造得外高内低 即当车向右拐弯时 则左侧的路面比右侧的要高一些 路面与水平面间的夹角为 设拐弯路段是半径为R的圆弧 要使车速为v时车轮与路面之间的横向 即垂直于前进方向 摩擦力等于零 应满足 如图5 7 6所示 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 图5 7 6 1 汽车允许的最大速率是多少 2 若以所求速度行驶 汽车对桥面的最小压力是多少 g取10m s2 思路点拨 首先判断汽车在何位置对路面的压力最大 最小 然后利用向心力公式求解 变式训练2 2012 大同一中高一月考 飞行员的质量为m 驾驶飞机在竖直平面内以速率v做半径为r匀速圆周运动 在其运动圆周的最高点和最低点 飞行员对座椅产生的压力是 A 在最低点比最高点大2mv2 rB 相等C 在最低点比最高点大2mgD 在最高点的压力大些 1 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或不足以提供向心力 物体就会发生离心运动 2 合外力与向心力的关系 如图5 7 7所示 图5 7 7 特别提醒 1 离心运动并不是受到离心力的作用产生的运动 2 离心运动并不是沿半径方向向外远离圆心的运动 如图5 7 8所示 高速公路转弯处弯道圆半径R 50m 汽车轮胎与路面间的最大静摩擦力是车重的0 8倍 若路面是水平的 问汽车转弯时不发生径向滑动 离心现象 所许可的最大速率vm为多大 当超过vm时 将会出现什么现象 g 10m s2 图5 7 8 答案 72km h汽车发生侧滑或出现翻车 变式训练3 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消失时 它将做曲线运动 解析 选C 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F合 mr 2 或是F合 0 F突然消失 故A项错 当F 0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C项对 B D项错 竖直平面内圆周运动的临界问题物体在竖直平面内做变速圆周运动的问题 中学物理中只研究物体通过最高点和最低点的情况 并且经常出现临界状态 下面对临界问题做简要分析 2 能过最高点的条件 v v临 3 不能通过最高点的条件 v v临 实际上物体在到达最高点之前就脱离了圆轨道 图5 7 9 经典案例 9分 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 如图5 7 11所示 水的质量m 0 5kg 水的重心到转轴的距离l 60cm 图5 7 11 1 若在最高点水不流出来 求桶的最小速率 2 若在最高点的水桶速率v 3m s 求水对桶底的压力 g取9 8m s2 思路点拨 以水桶中的水为研究对象 在最高点水恰好不流出来 说明水的重力恰好提供其做圆周运动所需的向心力 此时桶的速率最小 答案 1 2 42m s 2 2 6N方向竖直向上 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全