物理必修二 第五章 第7節(jié) 生活中的圓周運(yùn)動 導(dǎo)學(xué)課件(42張PPT)

1、第五章 曲線運(yùn)動第七節(jié)第七節(jié) 生活中的圓周運(yùn)動生活中的圓周運(yùn)動學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)1會分析具體圓周運(yùn)動問題中向心力的來源，能會分析具體圓周運(yùn)動問題中向心力的來源，能 解決解決 生生 活活中的圓周運(yùn)動問題中的圓周運(yùn)動問題2了解航天器中的失重現(xiàn)象及原因了解航天器中的失重現(xiàn)象及原因3了解離心運(yùn)動及物體做離心運(yùn)動的條件，知道離心運(yùn)動的了解離心運(yùn)動及物體做離心運(yùn)動的條件，知道離心運(yùn)動的應(yīng)用及危害應(yīng)用及危害一、鐵路的彎道一、鐵路的彎道1運(yùn)動特點(diǎn)運(yùn)動特點(diǎn)火車轉(zhuǎn)彎時(shí)做火車轉(zhuǎn)彎時(shí)做_運(yùn)動，因而具有向心加速度，由于質(zhì)運(yùn)動，因而具有向心加速度，由于質(zhì)量巨大，所以需要很大的量巨大，所以需要很大的_力力2向心力來源向心力來

2、源(1)若轉(zhuǎn)彎處內(nèi)外軌一樣高，則由若轉(zhuǎn)彎處內(nèi)外軌一樣高，則由_對輪緣的彈力提供向?qū)喚壍膹椓μ峁┫蛐牧π牧?2)若轉(zhuǎn)彎處外軌略高于內(nèi)軌，列車按規(guī)定速度行若轉(zhuǎn)彎處外軌略高于內(nèi)軌，列車按規(guī)定速度行 駛，向心力駛，向心力幾乎完全由幾乎完全由_和和_的合力提供的合力提供圓周圓周向心向心外軌外軌重力重力支持力支持力二、拱形橋二、拱形橋1向心力來源向心力來源汽車過拱形橋時(shí)做圓周運(yùn)動，所需汽車過拱形橋時(shí)做圓周運(yùn)動，所需 向向 心力由心力由_和橋和橋面的面的_的合力提供的合力提供重力重力支持力支持力GFNFNG判一判判一判1.(1)汽車在水平路面上勻速行駛時(shí)，對地面的壓汽車在水平路面上勻速行駛時(shí)，對地面的壓力

3、等于車重，加速行駛時(shí)大于車重力等于車重，加速行駛時(shí)大于車重()(2)汽車在拱形橋上行駛，速度小時(shí)對橋面的壓力大于車重汽車在拱形橋上行駛，速度小時(shí)對橋面的壓力大于車重,速速度大時(shí)壓力小于車重度大時(shí)壓力小于車重()(3)汽車通過凹形橋底部時(shí)汽車通過凹形橋底部時(shí),對橋面的壓力一定大于車重對橋面的壓力一定大于車重.()提示：提示：(1)(2)(3)完全失重完全失重3任何關(guān)閉了發(fā)動機(jī)，又不受阻力的飛行器的內(nèi)部任何關(guān)閉了發(fā)動機(jī)，又不受阻力的飛行器的內(nèi)部,都都是一個(gè)是一個(gè)_的環(huán)境的環(huán)境完全失重完全失重特別提醒：特別提醒：把航天器失重的原因說把航天器失重的原因說 成是它離成是它離 地球太遠(yuǎn)，從而地球太遠(yuǎn)，從而

4、擺脫了地球引力，是完全錯誤的擺脫了地球引力，是完全錯誤的判一判判一判2.(1)“天宮一號天宮一號”中的宇航員處于完全失重狀中的宇航員處于完全失重狀態(tài)態(tài)()(2)“天宮一號天宮一號”中的宇航員不受重力作用中的宇航員不受重力作用()(3)“天宮一號天宮一號”中的宇航員所受合力為零中的宇航員所受合力為零()提示：提示：(1)(2)(3)四、離心運(yùn)動四、離心運(yùn)動1定義：定義：在向心力突然消失或合力不足以提供所需的向心力在向心力突然消失或合力不足以提供所需的向心力時(shí)，物體沿時(shí)，物體沿_飛出或做飛出或做_的運(yùn)的運(yùn)動動2應(yīng)用應(yīng)用:洗衣機(jī)脫水桶洗衣機(jī)脫水桶,紡織廠和煉鋼廠也常采用離心技術(shù)紡織廠和煉鋼廠也常采用

5、離心技術(shù)切線切線逐漸遠(yuǎn)離圓心逐漸遠(yuǎn)離圓心火車轉(zhuǎn)彎問題火車轉(zhuǎn)彎問題1火車車輪的特點(diǎn)火車車輪的特點(diǎn)火車的車輪有凸出的輪緣，火車在鐵軌上運(yùn)行時(shí)，車輪與鐵火車的車輪有凸出的輪緣，火車在鐵軌上運(yùn)行時(shí)，車輪與鐵軌有水平與豎直兩個(gè)接觸面，這種結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，主要是避免火軌有水平與豎直兩個(gè)接觸面，這種結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，主要是避免火車運(yùn)行時(shí)脫軌，如圖所示車運(yùn)行時(shí)脫軌，如圖所示3明確圓周平面明確圓周平面雖然外軌高于內(nèi)軌，但整個(gè)外軌和整個(gè)內(nèi)軌雖然外軌高于內(nèi)軌，但整個(gè)外軌和整個(gè)內(nèi)軌 都是都是 等高的因等高的因而火車在行駛的過程中重心的軌跡在而火車在行駛的過程中重心的軌跡在 同一水同一水 平面內(nèi)故火車平面內(nèi)故火車的向心加速度和向心力

6、均是沿水平面而指向圓心的的向心加速度和向心力均是沿水平面而指向圓心的4速度與軌道壓力的關(guān)系速度與軌道壓力的關(guān)系(1)當(dāng)當(dāng)vv0時(shí)，所需向心力僅時(shí)，所需向心力僅 由重由重 力和彈力和彈 力的合力提供，此力的合力提供，此時(shí)內(nèi)外軌道對輪緣無擠壓作用時(shí)內(nèi)外軌道對輪緣無擠壓作用(2)當(dāng)當(dāng)vv0時(shí)，外軌道對輪緣有側(cè)壓力時(shí)，外軌道對輪緣有側(cè)壓力(3)當(dāng)當(dāng)vv0時(shí)，內(nèi)軌道對輪緣有側(cè)壓力時(shí)，內(nèi)軌道對輪緣有側(cè)壓力特別提醒：特別提醒：(1)汽車、摩托車賽道拐彎處和高速公汽車、摩托車賽道拐彎處和高速公 路轉(zhuǎn)彎處設(shè)路轉(zhuǎn)彎處設(shè)計(jì)成外高內(nèi)低，也是為了減小車輪受計(jì)成外高內(nèi)低，也是為了減小車輪受 到地面施加的到地面施加的 側(cè)向

7、力的側(cè)向力的作用作用(2)火車拐彎時(shí)做勻速圓周運(yùn)動，合力沿水火車拐彎時(shí)做勻速圓周運(yùn)動，合力沿水 平方向，而不是沿平方向，而不是沿軌道斜面方向軌道斜面方向C思路點(diǎn)撥思路點(diǎn)撥求解該題應(yīng)把握以下兩點(diǎn)：求解該題應(yīng)把握以下兩點(diǎn)：(1)火車轉(zhuǎn)彎的向心力由重力和支持力的合力提供火車轉(zhuǎn)彎的向心力由重力和支持力的合力提供(2)vv0外側(cè)輪緣受擠壓外側(cè)輪緣受擠壓規(guī)律總結(jié)規(guī)律總結(jié)(1)火車以規(guī)定速度通過彎道時(shí)，是由重力與支持力的合力提火車以規(guī)定速度通過彎道時(shí)，是由重力與支持力的合力提供向心力，其合力沿水平方向指向圓心；供向心力，其合力沿水平方向指向圓心；(2)車輛在水平路面上轉(zhuǎn)彎時(shí)，摩擦力提供向心力車輛在水平路面上

8、轉(zhuǎn)彎時(shí)，摩擦力提供向心力1(2013高考新課標(biāo)全國卷高考新課標(biāo)全國卷)公公路急轉(zhuǎn)彎處通常是交通事路急轉(zhuǎn)彎處通常是交通事故多發(fā)地帶如圖，某公路急轉(zhuǎn)彎處是一圓弧，當(dāng)汽車行駛故多發(fā)地帶如圖，某公路急轉(zhuǎn)彎處是一圓弧，當(dāng)汽車行駛的速率為的速率為vc 時(shí)，汽車恰好沒有向公路內(nèi)外兩側(cè)滑動的趨時(shí)，汽車恰好沒有向公路內(nèi)外兩側(cè)滑動的趨勢則在該彎道處勢則在該彎道處()A路面外側(cè)高內(nèi)側(cè)低路面外側(cè)高內(nèi)側(cè)低 B車速只要低于車速只要低于vc，車輛便會向內(nèi)側(cè)滑動，車輛便會向內(nèi)側(cè)滑動 C車速雖然高于車速雖然高于vc，但只要不超出某一最高限度，車輛便，但只要不超出某一最高限度，車輛便不會向外側(cè)滑動不會向外側(cè)滑動D當(dāng)路面結(jié)冰時(shí)，與

9、未結(jié)冰時(shí)相比，當(dāng)路面結(jié)冰時(shí)，與未結(jié)冰時(shí)相比，vc 的值變小的值變小 AC解析：解析： 汽車以速率汽車以速率vc轉(zhuǎn)彎，需要指向內(nèi)側(cè)的向轉(zhuǎn)彎，需要指向內(nèi)側(cè)的向 心力，汽車恰心力，汽車恰好沒有向公路內(nèi)外兩側(cè)滑動的趨勢，說明此好沒有向公路內(nèi)外兩側(cè)滑動的趨勢，說明此 處公路處公路 內(nèi)側(cè)較低內(nèi)側(cè)較低外側(cè)較高外側(cè)較高,選項(xiàng)選項(xiàng)A正確車速只要低于正確車速只要低于vc，車，車 輛便輛便 有向有向 內(nèi)側(cè)內(nèi)側(cè)滑動的趨勢，但不一定向內(nèi)側(cè)滑動，選項(xiàng)滑動的趨勢，但不一定向內(nèi)側(cè)滑動，選項(xiàng)B錯誤車錯誤車 速速 雖雖 然然高于高于vc，由于車輪與地面有摩擦力，但只要不超，由于車輪與地面有摩擦力，但只要不超 出出 某一最高某一最

10、高限度，車輛便不會向外側(cè)滑動，選項(xiàng)限度，車輛便不會向外側(cè)滑動，選項(xiàng)C正正 確根確根 據(jù)據(jù) 題述，汽題述，汽車以速率車以速率vc轉(zhuǎn)彎，需要指向內(nèi)側(cè)的向心力，汽轉(zhuǎn)彎，需要指向內(nèi)側(cè)的向心力，汽 車恰車恰 好沒有向好沒有向公路內(nèi)外兩側(cè)滑動的趨勢，沒有受到摩擦力，所公路內(nèi)外兩側(cè)滑動的趨勢，沒有受到摩擦力，所 以當(dāng)以當(dāng) 路面結(jié)路面結(jié)冰時(shí)，與未結(jié)冰時(shí)相比，轉(zhuǎn)彎時(shí)冰時(shí)，與未結(jié)冰時(shí)相比，轉(zhuǎn)彎時(shí)vc的值不變，選項(xiàng)的值不變，選項(xiàng)D錯誤錯誤凹凸橋問題的求解凹凸橋問題的求解1運(yùn)動學(xué)特點(diǎn)運(yùn)動學(xué)特點(diǎn):汽車過拱形橋時(shí)的運(yùn)動可看做圓周運(yùn)動汽車過拱形橋時(shí)的運(yùn)動可看做圓周運(yùn)動2運(yùn)動學(xué)分析運(yùn)動學(xué)分析(1)向心力來源：汽車過拱形橋的最

11、高點(diǎn)或最低點(diǎn)時(shí)，汽車向心力來源：汽車過拱形橋的最高點(diǎn)或最低點(diǎn)時(shí)，汽車在豎直方向上受到重力和橋的支持力在豎直方向上受到重力和橋的支持力FN，它們的合力提供，它們的合力提供汽車做圓周運(yùn)動的向心力汽車做圓周運(yùn)動的向心力(2)汽車過拱形橋壓力的分析與討論汽車過拱形橋壓力的分析與討論汽車過橋可分為過凸形橋和凹形橋兩個(gè)問題若汽車過橋可分為過凸形橋和凹形橋兩個(gè)問題若 汽汽 車車 質(zhì)量質(zhì)量為為m，橋面圓弧半徑為，橋面圓弧半徑為R,汽車在最高點(diǎn)或汽車在最高點(diǎn)或 最低點(diǎn)速率為最低點(diǎn)速率為v,則則汽車位于橋面最高點(diǎn)或最低點(diǎn)時(shí)對橋汽車位于橋面最高點(diǎn)或最低點(diǎn)時(shí)對橋 面面 的壓的壓 力大小情況可力大小情況可通過下表討論通

12、過下表討論汽車過凸形橋汽車過凸形橋汽車過凹形橋汽車過凹形橋受力分析受力分析規(guī)定向心規(guī)定向心力方向?yàn)榱Ψ较驗(yàn)檎较蛘较蚱囘^凸形橋汽車過凸形橋汽車過凹形橋汽車過凹形橋牛頓牛頓第三定律第三定律討論討論v增大，增大，F(xiàn)壓壓增大增大 如圖所示，質(zhì)量如圖所示，質(zhì)量m2.0104 kg的汽車以不變的汽車以不變 的速率的速率先后駛過凹形橋面和凸形橋面，兩橋面先后駛過凹形橋面和凸形橋面，兩橋面 的圓弧的圓弧 半徑均為半徑均為60 m如果橋面承受的壓力不得超過如果橋面承受的壓力不得超過3.0105 N，則：，則：(1)汽車允許的最大速率是多少？汽車允許的最大速率是多少？(2)若以所求速度行駛，汽車對橋面的最小

13、壓力是若以所求速度行駛，汽車對橋面的最小壓力是 多多 少？少？(g取取10 m/s2)思路點(diǎn)撥思路點(diǎn)撥首先判斷汽車在何位置對路面首先判斷汽車在何位置對路面 的的 壓力壓力 最大、最最大、最小，然后利用向心力公式求解小，然后利用向心力公式求解2(2014濟(jì)寧高一檢測濟(jì)寧高一檢測)如圖所如圖所示，一示，一輛質(zhì)量為輛質(zhì)量為500 kg的汽車靜止在一座半徑的汽車靜止在一座半徑為為40 m的圓弧形拱橋頂部的圓弧形拱橋頂部(g10 m/s2)，求：，求：(1)此時(shí)汽車對圓弧形拱橋的壓力是多大？此時(shí)汽車對圓弧形拱橋的壓力是多大？(2)如果汽車以如果汽車以10 m/s的速度經(jīng)過圓弧形拱橋的頂部，則汽車的速度經(jīng)

14、過圓弧形拱橋的頂部，則汽車對圓弧形拱橋的壓力是多大？對圓弧形拱橋的壓力是多大？(3)汽車以多大速度通過拱橋的頂部時(shí)，汽車對圓弧形拱橋的汽車以多大速度通過拱橋的頂部時(shí)，汽車對圓弧形拱橋的壓力恰好為零？壓力恰好為零？答案：答案：(1)5 000 N(2)3 750 N(3)20 m/s1離心運(yùn)動的實(shí)質(zhì)離心運(yùn)動的實(shí)質(zhì)離心運(yùn)動實(shí)質(zhì)是物體慣性的表現(xiàn)做圓周離心運(yùn)動實(shí)質(zhì)是物體慣性的表現(xiàn)做圓周 運(yùn)動的運(yùn)動的 物體，總有物體，總有沿著圓周切線飛出去的趨向，之所以沿著圓周切線飛出去的趨向，之所以 沒有沒有 飛出去，是因?yàn)槭茱w出去，是因?yàn)槭艿较蛐牧ψ饔玫木壒蕪哪撤N意到向心力作用的緣故從某種意 義上義上 說，向心力的

15、作用是不說，向心力的作用是不斷地把物體從圓周運(yùn)動的斷地把物體從圓周運(yùn)動的 切線方切線方 向拉到圓周上來一旦作為向拉到圓周上來一旦作為向心力的合外力突然消失或向心力的合外力突然消失或 不足以提供不足以提供 向心力，物體就會發(fā)向心力，物體就會發(fā)生離心運(yùn)動生離心運(yùn)動對離心運(yùn)動的理解對離心運(yùn)動的理解特別提醒：特別提醒：(1)離離 心心 運(yùn)運(yùn) 動并動并 不不 是是 受受 到離到離 心力的作心力的作 用產(chǎn)用產(chǎn)生的運(yùn)動生的運(yùn)動(2)離心運(yùn)動并不是沿半徑方向向外遠(yuǎn)離圓心的運(yùn)動離心運(yùn)動并不是沿半徑方向向外遠(yuǎn)離圓心的運(yùn)動 (2014綿陽高一檢測綿陽高一檢測)如圖所示如圖所示，光滑水，光滑水 平面平面 上，質(zhì)量為上

16、，質(zhì)量為m的小球在拉力的小球在拉力F作用下做勻作用下做勻速圓速圓 周運(yùn)動若小周運(yùn)動若小 球運(yùn)動到球運(yùn)動到P點(diǎn)時(shí)，拉力點(diǎn)時(shí)，拉力F發(fā)發(fā)生變化，下列關(guān)于小球運(yùn)動生變化，下列關(guān)于小球運(yùn)動 情情 況的況的 說法中正確的是說法中正確的是()A若拉力突然變大，小球?qū)⒀剀壽E若拉力突然變大，小球?qū)⒀剀壽EPb做離心運(yùn)動做離心運(yùn)動B若拉力突然變小，小球?qū)⒀剀壽E若拉力突然變小，小球?qū)⒀剀壽EPb做離心運(yùn)動做離心運(yùn)動C若拉力突然消失，小球?qū)⒀剀壽E若拉力突然消失，小球?qū)⒀剀壽EPa做離心運(yùn)動做離心運(yùn)動D若拉力突然變小，小球?qū)⒀剀壽E若拉力突然變小，小球?qū)⒀剀壽EPc做近心運(yùn)動做近心運(yùn)動BC思路探究思路探究(1)拉力拉力 變變

17、大后，大后，F(xiàn)_F向向；拉力變；拉力變 小后，小后，F(xiàn)_F向向(2)F消失后小球受力特點(diǎn)為消失后小球受力特點(diǎn)為_解析解析若拉力突然變大，則小球?qū)⑷衾ν蝗蛔兇?，則小球?qū)?做近做近 心運(yùn)動，不會心運(yùn)動，不會 沿軌沿軌跡跡Pb做離心運(yùn)動，做離心運(yùn)動，A項(xiàng)錯誤若拉力項(xiàng)錯誤若拉力 突然突然 變小，則小變小，則小 球?qū)⑶驅(qū)⒆鲭x心運(yùn)動，但由于力與速度有一定的做離心運(yùn)動，但由于力與速度有一定的 夾角，故小球夾角，故小球 將做曲將做曲線運(yùn)動，線運(yùn)動，B項(xiàng)正確，項(xiàng)正確，D項(xiàng)錯誤若拉力突然消失，則小球?qū)⒀仨?xiàng)錯誤若拉力突然消失，則小球?qū)⒀刂鳳點(diǎn)處的切線運(yùn)動，點(diǎn)處的切線運(yùn)動，C項(xiàng)正確項(xiàng)正確3(2014宿遷高一檢測宿

18、遷高一檢測)質(zhì)量質(zhì)量為為1.4103 kg的汽車在水的汽車在水 平公平公路上行駛路上行駛,輪胎與地面間的動摩擦因數(shù)為輪胎與地面間的動摩擦因數(shù)為0.7(最大最大 靜摩靜摩 擦擦 力力等于滑動摩擦力等于滑動摩擦力)，某一彎路的半徑為，某一彎路的半徑為28 m，g10 m/s2.試試求：求：(1)為保證行車安全，汽車在該彎路上行駛的最大速度為保證行車安全，汽車在該彎路上行駛的最大速度vm；(2)若汽車以若汽車以36 km/h剛駛上彎路時(shí)受到的摩擦力大小剛駛上彎路時(shí)受到的摩擦力大小Ff.答案：見解析答案：見解析思維建模思維建模豎直平面內(nèi)圓周運(yùn)動的兩類模型豎直平面內(nèi)圓周運(yùn)動的兩類模型豎直面內(nèi)圓周運(yùn)動問題常分析豎直面內(nèi)圓周運(yùn)動問題常分析 兩種兩種 模型模型輕繩模型和輕桿輕繩模型和輕桿模型，分析比較如下：模型，分析比較如下：輕繩模型輕繩模型輕桿模型輕桿模型常見常見類型類型均是沒有均是沒有支撐的小球支撐的小球均是有支撐均是有支撐的小球的小球輕繩模型輕繩模型輕桿模型輕桿模型過最高過最高點(diǎn)的臨點(diǎn)的臨界條件界條件討論討論分析分析由小球能運(yùn)動由小球能運(yùn)動即可，得即可，得v臨臨0范例范例(2014成都高一檢測成都高一檢測)如圖所示如圖所示,長長為為L0.5 m的輕桿的輕桿OA繞繞O