教科版必修二 2.3圓周運(yùn)動(dòng)的實(shí)例分析 課件（44張）.ppt

2 3圓周運(yùn)動(dòng)實(shí)例分析 分析方法如下 a 找圓心 定半徑 找軌道面 即確定f向心力的方向b 分析物體的受力情況c 列方程和解方程 復(fù)習(xí)鞏固 請分析以下勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力的來源 賽道的設(shè)計(jì) 汽車在傾斜路面上轉(zhuǎn)彎 汽車在水平路面上轉(zhuǎn)彎 實(shí)例分析 彎道規(guī)定的速度取決于彎道半徑和傾角 彎道規(guī)定的速度取決于彎道半徑和路面粗糙程度 實(shí)例分析一 火車轉(zhuǎn)彎 火車在平直軌道上勻速行駛時(shí) 所受的合力等于0 那么當(dāng)火車轉(zhuǎn)彎時(shí) 我們說它做圓周運(yùn)動(dòng) 那么是什么力提供火車的向心力呢 c 由于該彈力是由輪緣和外軌的擠壓產(chǎn)生的 且由于火車質(zhì)量很大 故輪緣和外軌間的相互作用力很大 易損壞鐵軌 1 內(nèi)外軌道一樣高時(shí) g fn f a 此時(shí)火車車輪受三個(gè)力 重力 支持力 外軌對(duì)輪緣的彈力 b 外軌對(duì)輪緣的彈力f提供向心力 向心力 2 轉(zhuǎn)彎處 外軌略高于內(nèi)軌 解 如圖 f合 gtan gsin 當(dāng) 很小時(shí) mg h l f向 mv2 r f向 f合 mv2 r mg h l 則h v2l gr或v 根據(jù)轉(zhuǎn)彎處的軌道半徑r和規(guī)定的行駛速度v 適當(dāng)選擇內(nèi)外軌的高度差h 使轉(zhuǎn)彎時(shí)所需要的向心力完全由重力g和支持力n的合力來提供 設(shè)轉(zhuǎn)彎處軌道與水平面夾角為 當(dāng)h l一定 v0 時(shí)火車轉(zhuǎn)彎所需的向心力恰好由重力和支持力的合力提供 車輪對(duì)鐵軌的側(cè)壓力正好為零 當(dāng)v v0時(shí) 由于火車有離心運(yùn)動(dòng)的趨勢 對(duì)外軌有擠壓作用 外軌對(duì)車輪提供側(cè)壓力 當(dāng)v v0時(shí) 由于mg fn提供的向心力過大 車輪擠壓內(nèi)軌 側(cè)壓力由內(nèi)軌提供 實(shí)例分析二 汽車過拱橋 豎直面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng) 黃石長江大橋 思考題 為什么生活中的橋大部分是 凸形橋 而不是 凹形橋 呢 只要求掌握最高點(diǎn)最低點(diǎn) 實(shí)例分析二 汽車過拱橋 找圓心 定半徑 受力分析找向心力來源 列方程求解 圓心0 f向心力 f合 g nn g 注意 公式中v是汽車過橋頂時(shí)的瞬時(shí)速度 f向心力 f合 n gn g 注意 公式中v是汽車過橋底時(shí)的瞬時(shí)速度 但如果橋面是水平 可認(rèn)為圓心在無窮遠(yuǎn)處 r為無窮大 比較三種橋面受力的情況 試討論下面情況中 汽車行駛的速度越大 汽車對(duì)橋的壓力如何變化 當(dāng)汽車的速度不斷增大時(shí) 會(huì)有什么現(xiàn)象發(fā)生 當(dāng)v越大時(shí) 則越大 n越小 當(dāng)v增大某一值時(shí) 則n 0 此時(shí) 超重 失重 例如 蕩秋千 飛機(jī)轉(zhuǎn)彎飛行員對(duì)坐墊壓力 三 航天器中的失重現(xiàn)象 航天員在航天器中繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí) 航天員只受地球引力 引力為他提供了繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力f mv2 r 所以處于失重狀態(tài) 即 mg mv2 r由此可以得出 v rg 1 2 做圓周運(yùn)動(dòng)的物體 由于本身的慣性 總有沿著圓周切線方向飛去的傾向 當(dāng)f合 0時(shí) 物體沿切線方向飛出 關(guān)于向心 圓周 離心運(yùn)動(dòng) 關(guān)于向心 圓周 離心運(yùn)動(dòng) 供 需 是否平衡決定物體做何種運(yùn)動(dòng) 供 提供物體做圓周運(yùn)動(dòng)的力 需 物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)所需的力 f f f 練習(xí) 1 下列說法正確的是 a 作勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體 在所受合外力突然消失時(shí) 將沿圓周半徑方向離開圓心b 作勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體 在所受合外力突然消失時(shí) 將沿圓周切線方向離開圓心c 作勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體 它自己會(huì)產(chǎn)生一個(gè)向心力 維持其作圓周運(yùn)動(dòng)d 作離心運(yùn)動(dòng)的物體 是因?yàn)槭艿诫x心力作用的緣故 b 2 以下屬于離心現(xiàn)象應(yīng)用的是 a 水平拋出去的物體 做平拋運(yùn)動(dòng) b 鏈球運(yùn)動(dòng)員加速旋轉(zhuǎn)到一定的速度后將鏈球拋開 c 離心干燥器使衣物干燥 d 錘頭松了 將錘柄在石頭上磕幾下就可以把柄安牢 練習(xí) bc 3 為了防止汽車在水平路面上轉(zhuǎn)彎時(shí)出現(xiàn) 打滑 的現(xiàn)象 可以 a 增大汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)的速度b 減小汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)的速度c 增大汽車與路面間的摩擦d 減小汽車與路面間的摩擦 練習(xí) b d 4 下列說法中錯(cuò)誤的有 a 提高洗衣機(jī)脫水筒的轉(zhuǎn)速 可以使衣服甩得更干b 轉(zhuǎn)動(dòng)帶有雨水的雨傘 水滴將沿圓周半徑方向離開圓心c 為了防止發(fā)生事故 高速轉(zhuǎn)動(dòng)的砂輪 飛輪等不能超過允許的最大轉(zhuǎn)速d 離心水泵利用了離心運(yùn)動(dòng)的原理 練習(xí) b 當(dāng)時(shí) 水在杯中剛好不流出 當(dāng)時(shí) 當(dāng)時(shí) 此時(shí)水將會(huì)流出杯子 水流星 設(shè)水的質(zhì)量為m 杯子運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)時(shí)速率為v 繩長為r則有 f向 n mg mv2 r 解 n 0 v 過山車 結(jié)論 物體分離的臨界條件是 n 0 思考題 自行車轉(zhuǎn)彎時(shí) 稍一傾斜就過去了 摩托車轉(zhuǎn)彎傾斜度要大一些 摩托賽車時(shí)轉(zhuǎn)彎 傾斜度更大 幾乎倒在地上 問 什么力提供向心力 向心力與傾斜度有關(guān)嗎 有何關(guān)系 解答 由地面對(duì)車的靜摩擦力提供 有關(guān)系 傾斜度越大 向心力越大 例 一輛汽車m 2 0 103kg在水平公路上行駛 經(jīng)過半徑r 50m的彎路時(shí) 如果車速度v 72km h 這輛汽車會(huì)不會(huì)發(fā)生事故 已知輪胎與路面間的最大靜摩擦力fm 1 4 104n 解 這輛汽車經(jīng)過彎路時(shí)所需向心力 據(jù)題意 最大靜摩擦力只為1 4 104n 所以汽車會(huì)發(fā)生事故 勻速圓周運(yùn)動(dòng)實(shí)例分析 明確研究對(duì)象 確定它在哪個(gè)平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng) 找到圓心和半徑 確定研究對(duì)象在某個(gè)位置所處的狀態(tài) 進(jìn)行具體的受力分析 分析哪些力提供了向心力 建立以向心方向?yàn)檎较虻淖鴺?biāo) 據(jù)向心力公式列方程 解方程 對(duì)結(jié)果進(jìn)行必要的討論 運(yùn)用向心力公式的解題步驟 飛機(jī)轉(zhuǎn)彎 g n fn 圓周運(yùn)動(dòng) circularmotion 圓周運(yùn)動(dòng)實(shí)例分析 分析方法如下 a 找圓心 定半徑 找軌道面 即確定f向心力的方向b 分析物體的受力情況c 列方程和解方程 實(shí)例3 繩球模型 如圖所示 一質(zhì)量為m的小球 用長為l細(xì)繩系住 使其在豎直面內(nèi)作圓周運(yùn)動(dòng) 1 小球做的是什么運(yùn)動(dòng) 2 小球運(yùn)動(dòng)過程中 受到哪些力 小球運(yùn)動(dòng)過程有什么特點(diǎn) 3 小球能在豎直平面內(nèi)作圓周運(yùn)動(dòng) 必須滿足的條件是什么 如圖所示 一質(zhì)量為m的小球 用長為l細(xì)繩系住 使其在豎直面內(nèi)作圓周運(yùn)動(dòng) 1 若過小球恰好能通過最高點(diǎn) 則小球在最高點(diǎn)和最低點(diǎn)的速度分別是多少 小球的受力情況分別如何 2 若小球在最低點(diǎn)受到繩子的拉力為10mg 則小球在最高點(diǎn)的速度及受到繩子的拉力是多少 實(shí)例4 軌道與球 如圖所示 一質(zhì)量為m的小球 在半徑為r光滑軌道上 使其在豎直面內(nèi)作圓周運(yùn)動(dòng) 1 小球做的是什么運(yùn)動(dòng) 2 小球在運(yùn)動(dòng)過程中 受到哪些力 有哪些力對(duì)物體做功 小球的運(yùn)動(dòng)過程有什么特點(diǎn) 3 小球能在豎直平面內(nèi)作圓周運(yùn)動(dòng) 必須滿足的條件是什么 如圖所示 一質(zhì)量為m的小球 在半徑為r光滑軌道上 使其在豎直面內(nèi)作圓周運(yùn)動(dòng) 1 若小球恰好能通過最高點(diǎn) 則小球在最高點(diǎn)和最低點(diǎn)的速度分別是多少 小球的受力情況分別如何 2 若小球在最低點(diǎn)受到軌道的彈力為8mg 則小球在最高點(diǎn)的速度及受到軌道的彈力是多少 實(shí)例5 輕桿與球 如圖所示 一質(zhì)量為m的小球 用長為l輕桿固定住 使其在豎直面內(nèi)作圓周運(yùn)動(dòng) 1 小球做的是什么運(yùn)動(dòng) 2 小球在運(yùn)動(dòng)過程中 受到哪些力 有哪些力對(duì)物體做功 小球的運(yùn)動(dòng)過程有什么特點(diǎn) 3 小球能在豎直平面內(nèi)作圓周運(yùn)動(dòng) 必須滿足的條件是什么 如圖所示 一質(zhì)量為m的小球 用長為l輕桿固定住 使其在豎直面內(nèi)作圓周運(yùn)動(dòng) 1 若小球恰好能通過最高點(diǎn) 則小球在最高點(diǎn)和最低點(diǎn)的速度分別是多少 小球的受力情況分別如何 2 若小球在最低點(diǎn)受到桿子的拉力為5 5mg 則小球在最高點(diǎn)的速度及受到桿子的力是多少 拓展如圖所示 一質(zhì)量為m的小球 用長為l輕桿固定住 使其在豎直面內(nèi)作圓周運(yùn)動(dòng) 若小球通過最高點(diǎn)時(shí) 小球恰不受桿的作用力 則小球在最高點(diǎn)的速度是多少 拓展 實(shí)例6 管道與球 如圖所示 一質(zhì)量為m的小球 放在一個(gè)內(nèi)壁光滑的封閉管內(nèi) 使其在豎直面內(nèi)作圓周運(yùn)動(dòng) r 1 小球做的是什么運(yùn)動(dòng) 2 小球在運(yùn)動(dòng)過程中 受到哪些力 有哪些力對(duì)物體做功 小球的運(yùn)動(dòng)過程有什么特點(diǎn) 3 小球能在豎直平面內(nèi)作圓周運(yùn)動(dòng) 必須滿足的條件是什么 如圖所示 一質(zhì)量為m的小球 放在一個(gè)內(nèi)壁光滑的封閉管內(nèi) 使其在豎直面內(nèi)作圓周運(yùn)動(dòng) r 1 若小球恰好能通過最高點(diǎn) 則小球在最高點(diǎn)的速度是多少 小球的受力情況分別如何 2 若小球在最低點(diǎn)受到管道的力為6mg 則小球在最高點(diǎn)的速度及受到管道的力是多少 輕桿 管道與小球 問題總結(jié) 1 小球在豎直面內(nèi)運(yùn)動(dòng)滿足什么重要的關(guān)系 機(jī)械能守恒 2 小球能在豎直面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)的條件是什么 小球在最高點(diǎn)時(shí)速度不為0 豎直平面內(nèi)圓周運(yùn)動(dòng)的臨界問題 由于物體在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)的依托物 繩 輕桿 軌道 管道等 不同 所以物體恰好通過最高點(diǎn)時(shí)臨界條件不同 繩 桿 管道 可見 物體在