（課堂設計）高中物理 2.3 圓周運動的實例分析學案 教科版必修2

1、第3節(jié)圓周運動的實例分析導學目標 1.知道向心力由一個力或幾個力的合力提供，會分析具體問題中的向心力來源.2.能用勻速圓周運動規(guī)律分析、處理生產(chǎn)和生活中的實例1向心力總是指向圓心，而線速度沿圓的_方向，故向心力總是與線速度_，所以向心力的作用效果只是改變線速度的_而不改變線速度的_2物體做圓周運動時，實際上是滿足了供需平衡即提供的向心力等于_3向心加速度的公式：ar2_4向心力的公式：fmammr2_.一、汽車過拱形橋問題情境1質(zhì)量為m的汽車在拱形橋上以速度v行駛，若橋面的圓弧半徑為r，試畫出受力分析圖，分析汽車通過橋的最高點時對橋的壓力通過分析，你可以得出什么結(jié)論？畫出汽車的受力圖，推導出汽

2、車對橋面的壓力2當汽車通過凹形橋最低點時，汽車對橋的壓力比汽車的重力大還是小呢？請同學們自己分析要點提煉1汽車過拱形橋頂點時，由重力和支持力的合力提供向心力，對橋墩的壓力小于重力，這便是橋一般建成拱橋的原因2當mgm，即汽車對拱形橋的壓力_時，向心力完全由重力提供，這時v(即在豎直平面內(nèi)做圓周運動的最大臨界速度)，恰能使汽車安全過橋當vm時，由_和_提供向心力；當v時，即mgv0時，f向f，即所需向心力大于支持力和重力的合力，這時_對車輪有側(cè)壓力，以彌補向心力的不足(3)當vv0時，f向時，物體受向_的拉力或壓力(3)v時，物體_(填能或不能)達到最高點即繩類的臨界速度為v臨_.2輕桿模型如圖

3、5所示，在細輕桿上固定的小球或在管形軌道內(nèi)運動的小球，由于桿和管能對小球產(chǎn)生向上的支持力，所以小球能在豎直平面內(nèi)做圓周運動的條件是_，小球的受力情況為：圖5(1)v0時，小球受向上的支持力n_.(2)0v時，小球受向上的支持力_n時，小球受向下的拉力或壓力，并且隨速度的增大而_即桿類的臨界速度為v臨_.3軌道問題(1)內(nèi)軌：類似于繩拉物體v才能過最高點v時，因不能過最高點而脫離軌道(2)外軌：物體能通過最高點的條件是0v.當0v時，在到達最高點以前就飛離軌道當v時，在最高點做平拋運動而離開軌道，若地面通過圓心，則落地點s rr.例1某人用一根細繩系著盛水的杯子，掄起繩子，讓杯子在豎直面內(nèi)做圓周

4、運動杯內(nèi)水的質(zhì)量m0.5 kg，繩長l60 cm.求：(1)在最高點水不流出的最小速率(2)水在最高點速率v3 m/s時，水對杯底的壓力大小圖6例2長l0.5 m的輕桿，其一端連接著一個零件a，a的質(zhì)量m2 kg.現(xiàn)讓a在豎直平面內(nèi)繞o點做勻速圓周運動，如圖6所示在a通過最高點時，求下列兩種情況下a對桿的作用力：(1)a的速率為1 m/s；(2)a的速率為4 m/s.(g取10 m/s2).四、離心運動問題情境圖7如圖7所示，小球a在做圓周運動時，細繩突然斷了，小球會出現(xiàn)什么情況呢？洗衣機脫水筒里的衣服上的水為什么能脫離衣服而“飛走”呢？摩托車越野比賽時，經(jīng)常看到摩托車在轉(zhuǎn)彎處出現(xiàn)翻車現(xiàn)象，這

5、種現(xiàn)象是怎樣產(chǎn)生的呢？要點提煉1離心運動：做勻速圓周運動的物體，在合外力突然消失或者_的情況下，就做遠離圓心的運動，這種運動叫做離心運動2討論(1)當fmr2時，物體做勻速圓周運動當fmr2時，物體將做離圓心越來越近的曲線運動，稱為近心運動(2)離心運動的原因是合力突然消失或不足以提供向心力，而不是物體又受到了什么“離心力”3離心運動的應用和防止(1)應用：離心干燥器；洗衣機脫水筒；離心制管技術(shù)(2)防止：汽車在公路轉(zhuǎn)彎處必須限速行駛；轉(zhuǎn)動的砂輪、飛輪的轉(zhuǎn)速不能太高即學即用3下列關于勻速圓周運動的說法正確的是()a因為向心加速度大小不變，故是勻變速運動b由于向心加速度的方向變化，故是變加速運動

6、c用線系著的物體在光滑水平面上做勻速圓周運動，線斷后，物體受到“離心力”作用而做背離圓心的運動d向心力和離心力一定是一對作用力和反作用力第3節(jié)圓周運動的實例分析課前準備區(qū)1切線垂直方向大小2所需要的向心力3r24mr2課堂活動區(qū)核心知識探究一、問題情境1.在最高點，對汽車進行受力分析，確定向心力的來源；由牛頓第二定律列出方程求出汽車受到的支持力；由牛頓第三定律求出橋面受到的壓力n1n1mgm可見，汽車對橋的壓力n1小于汽車的重力g，并且，壓力隨汽車速度的增大而減小2.汽車在凹形橋的最低點時對橋的壓力大小為n2n2mgmg.比汽車的重力大要點提煉2恰好為零重力支持力大于即學即用1(1)10 m/

7、s(2)105 n解析(1)汽車在凹形橋底部時存在最大允許速度，由牛頓第二定律得：nmgm代入數(shù)據(jù)解得v10 m/s(2)汽車在凸形橋頂部時對橋面有最小壓力，由牛頓第二定律得：mgn，代入數(shù)據(jù)解得n105 n.由牛頓第三定律知壓力等于105 n.三、問題情境火車的車輪上有凸出的輪緣，實際上轉(zhuǎn)彎處的外軌比內(nèi)軌高，使鐵軌對火車的支持力不再是豎直向上，而是斜向上，偏向火車轉(zhuǎn)彎的內(nèi)側(cè)，支持力和重力的合力可以提供向心力，可以減輕輪緣與外軌的擠壓最佳情況是向心力恰好由重力和支持力的合力提供，內(nèi)、外軌均不受側(cè)向擠壓力設車軌間距為d，兩軌高度差為h，規(guī)定速度為v0，轉(zhuǎn)彎半徑為r，為路基與水平面的夾角，如圖所示

8、，由牛頓第二定律得fm，又fmgtan ；很小時，tan sin ，故v0，在此速度時，內(nèi)、外軌均不受側(cè)向擠壓力要點提煉支持力和重力的合力(1)均無側(cè)壓力(2)外軌(3)內(nèi)軌問題延伸h，即彎道處內(nèi)外軌高度差h應該如何選擇，不僅與半徑r有關，并且取決于火車在彎道上的行駛速度v0.即學即用2ac火車轉(zhuǎn)彎處的外軌比內(nèi)軌高，當火車以規(guī)定速度v通過轉(zhuǎn)彎處時，火車車輪與車軌間并沒有發(fā)生擠壓，此時火車轉(zhuǎn)彎的向心力由火車受到的重力及軌道面的支持力的合力提供，故a選項正確當火車以大于v的速度通過軌跡處時，外輪將擠壓外軌相反以小于v的速度通過時，內(nèi)輪將擠壓內(nèi)軌，而獲得向外的彈力，故c正確三、1.(1)零(2)下(

9、3)不能2在最高點的速度大于或等于零(1)mg(2)0mg(4)增大0例1(1)2.42 m/s(2)2.6 n解析(1)在最高點水不流出的條件是重力不大于水做圓周運動所需要的向心力，即mgm，則所求最小速率v0 m/s2.42 m/s.(2)當水在最高點的速率大于v0時，只靠重力提供向心力已不足，此時杯底對水有一豎直向下的壓力，設為n，由牛頓第二定律有nmgm即nmmg2.6 n由牛頓第三定律知，水對杯底的作用力nn2.6 n，方向豎直向上例2(1)16 n，方向豎直向下(2)44 n，方向豎直向上解析以a為研究對象，設其受到桿的作用力為f，取豎直向下為正方向，則有mgfm.(1)代入數(shù)據(jù)v1 m/s，可得fm(g )2(10) n16 n即a受到桿的支持力為16 n根據(jù)牛頓第三定律可得a對桿的作用力為壓力16 n.(2)代入數(shù)據(jù)v4 m/s，可得fm(g)2(10) n44 n，即a受到桿的拉力為44 n根據(jù)牛頓第三定律可得a對桿的作用力為拉力44 n.四、問題情境細繩突然斷了，小球做圓周運動的向心力突然消失，小球在水平方向上不受任何力，速度沿原圓周運動在該點的切線方向，故小球?qū)⒀厍芯€方向飛出，離圓心越來越遠當衣服放入脫水筒時，隨筒一起做圓周運動，筒壁對衣服的作用力提供向心力，而衣服中所含的水所需要的向心力是由水與衣服之間的作