2022-2023學(xué)年人教版（2019）必修第二冊 6.4生活中的圓周運(yùn)動(dòng) 課件（41張PPT）

第4節(jié)生活中的圓周運(yùn)動(dòng)第六章圓周運(yùn)動(dòng)觀看摩托車比賽時(shí)經(jīng)常被摩托車手嫻熟的駕車技術(shù)、風(fēng)馳電掣的車速震驚，想必你也會看到摩托車高速通過彎道時(shí)的情況，摩托車向里傾斜，甚至車手的膝蓋幾乎擦著地面，如圖所示，你明白其中的道理嗎？新知探究知識點(diǎn)

火車轉(zhuǎn)彎1新知探究火車在彎道上的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)火車在彎道上運(yùn)動(dòng)時(shí)實(shí)際上在做圓周運(yùn)動(dòng),因而具有向心加速度,由于其質(zhì)量巨大,需要很大的向心力。知識點(diǎn)

火車轉(zhuǎn)彎1新知探究向心力的來源(1)若轉(zhuǎn)彎時(shí)內(nèi)外軌一樣高,則由外軌對輪緣的彈力提供向心力,這樣,鐵軌和車輪極易受損。(2)內(nèi)外軌有高度差。依據(jù)轉(zhuǎn)彎半徑和速度,適當(dāng)選擇內(nèi)外軌的高度差,使轉(zhuǎn)彎時(shí)所需的向心力由支持力和重力的合力來提供。知識點(diǎn)

火車轉(zhuǎn)彎1新知探究1.軌道分析火車在轉(zhuǎn)彎過程中,運(yùn)動(dòng)軌跡是一圓弧,由于火車轉(zhuǎn)彎過程中重心高度不變,故火車軌跡所在的平面是水平面,而不是斜面。火車的向心加速度和向心力均沿水平面指向圓心。知識點(diǎn)

火車轉(zhuǎn)彎1新知探究2.向心力分析如圖所示,火車速度合適時(shí),火車受重力和支持力作用,火車轉(zhuǎn)彎所需的向心力完全由重力和支持力的合力提供,合力沿水平方向,大小F=mgtanθ。知識點(diǎn)

火車轉(zhuǎn)彎1新知探究3.規(guī)定速度分析

知識點(diǎn)

火車轉(zhuǎn)彎1新知探究4.軌道輪緣壓力與火車速度的關(guān)系(1)當(dāng)火車行駛速率v等于規(guī)定速度v0時(shí),內(nèi)、外軌道對輪緣都沒有側(cè)壓力。(2)當(dāng)火車行駛速度v大于規(guī)定速度v0時(shí),火車有離心運(yùn)動(dòng)趨勢,故外軌道對輪緣有側(cè)壓力。(3)當(dāng)火車行駛速度v小于規(guī)定速度v0時(shí),火車有向心運(yùn)動(dòng)趨勢,故內(nèi)軌道對輪緣有側(cè)壓力。知識點(diǎn)

火車轉(zhuǎn)彎1新知探究【例】有一列質(zhì)量為100t的火車,以72km/h的速率勻速通過一個(gè)內(nèi)外軌一樣高的彎道,軌道半徑為400m。(g取10m/s2)(1)試計(jì)算鐵軌受到的側(cè)壓力。(2)若要使火車以此速率通過彎道,且使鐵軌受到的側(cè)壓力為零,我們可以適當(dāng)傾斜路基,試計(jì)算路基傾斜角度θ的正切值。知識點(diǎn)

火車轉(zhuǎn)彎1新知探究解析：(1)外軌對輪緣的側(cè)壓力提供火車轉(zhuǎn)彎所需要的向心力,由牛頓第三定律可知鐵軌受到的側(cè)壓力大小等于105

N。(2)火車過彎道,重力和鐵軌對火車的彈力的合力正好提供向心力,答案：(1)1×105N

(2)0.1知識點(diǎn)

汽車過拱形橋2新知探究汽車過橋問題分析名師指點(diǎn)如圖所示,在某次軍事演習(xí)中,一輛戰(zhàn)車以恒定的速度在起伏不平的路面上行進(jìn),戰(zhàn)車在哪一點(diǎn)對路面的壓力最大?在哪一點(diǎn)對路面的壓力最小呢?汽車過橋問題分析名師指點(diǎn)1.關(guān)于汽車過拱形橋問題,用圖表概括如下:汽車過橋問題分析名師指點(diǎn)2.汽車在凸形橋的最高點(diǎn)處于失重狀態(tài),在凹形橋的最低點(diǎn)處于超重狀態(tài)。汽車過橋問題分析名師指點(diǎn)【例】如圖所示,質(zhì)量m=2.0×104kg的汽車以不變的速率先后駛過凹形橋面和凸形橋面,兩橋面的圓弧半徑均為20m。如果橋面承受的壓力不得超過3.0×105N,則:(1)汽車允許的最大速率是多少?(2)若以所求速度行駛,汽車對橋面的最小壓力是多少?(g取10m/s2)汽車過橋問題分析名師指點(diǎn)點(diǎn)撥首先要確定汽車在何位置時(shí)對路面的壓力最大,汽車經(jīng)過凹形路面時(shí),向心加速度方向向上,汽車處于超重狀態(tài);經(jīng)過凸形路面時(shí),向心加速度向下,汽車處于失重狀態(tài),所以汽車經(jīng)過凹形路面最低點(diǎn)時(shí),汽車對路面的壓力最大。汽車過橋問題分析名師指點(diǎn)解析：(1)汽車在凹形橋底部時(shí),由牛頓第二定律得代入數(shù)據(jù)解得v=10

m/s。(2)汽車在凸形橋頂部時(shí),由牛頓第二定律得代入數(shù)據(jù)得FN'=1.0×105

N。由牛頓第三定律知汽車對橋面的最小壓力是1.0×105

N。答案：(1)10m/s

(2)1.0×105N知識點(diǎn)

離心運(yùn)動(dòng)3新知探究1.定義:物體沿切線飛出或做逐漸遠(yuǎn)離圓心的運(yùn)動(dòng)。2.原因:向心力突然消失或合外力不足以提供所需的向心力。3.應(yīng)用:洗衣機(jī)的脫水桶,制作無縫鋼管、水泥管道、水泥電線桿等。知識點(diǎn)

離心運(yùn)動(dòng)3新知探究對離心運(yùn)動(dòng)的理解1.離心運(yùn)動(dòng)的實(shí)質(zhì):物體慣性的表現(xiàn)。做圓周運(yùn)動(dòng)的物體,總有沿著圓周切線飛出去的趨向,之所以沒有飛出去,是因?yàn)槭艿较蛐牧ψ饔玫木壒?。一旦作為向心力的合外力突然消失或不足以提供向心?物體就會發(fā)生離心運(yùn)動(dòng)。2.離心運(yùn)動(dòng)的受力特點(diǎn):物體做離心運(yùn)動(dòng)并不是物體受到離心力作用,而是由于外力不能提供足夠的向心力。所謂“離心力”也是由效果命名的,實(shí)際并不存在。知識點(diǎn)

離心運(yùn)動(dòng)3新知探究對離心運(yùn)動(dòng)的理解3.合外力與向心力的關(guān)系知識點(diǎn)

離心運(yùn)動(dòng)3新知探究對離心運(yùn)動(dòng)的理解常見幾種離心運(yùn)動(dòng)的對比名師指點(diǎn)知識點(diǎn)

離心運(yùn)動(dòng)3新知探究【例】如圖所示,高速公路轉(zhuǎn)彎處彎道圓半徑R=250m,汽車輪胎與路面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.25。若路面是水平的,問汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)不發(fā)生側(cè)向滑動(dòng)(離心現(xiàn)象)所許可的最大速率vm為多大?當(dāng)超過vm時(shí),將會出現(xiàn)什么現(xiàn)象?(g取10m/s2)知識點(diǎn)

離心運(yùn)動(dòng)3新知探究答案：90km/h

汽車做離心運(yùn)動(dòng)或出現(xiàn)翻車豎直面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)名師指點(diǎn)小球分別在輕繩(如圖甲)和輕桿(如圖乙)的一端繞另一端在豎直平面內(nèi)運(yùn)動(dòng),請思考:(1)小球要在豎直平面內(nèi)完成圓周運(yùn)動(dòng),經(jīng)過最高點(diǎn)時(shí)的最小速度能為零嗎?(2)小球經(jīng)過最高點(diǎn)時(shí),與繩(或桿)之間的作用力可以為零嗎?豎直面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)名師指點(diǎn)豎直面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)名師指點(diǎn)物體在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí),通常受彈力和重力兩個(gè)力的作用,物體做變速圓周運(yùn)動(dòng),我們只研究在最高點(diǎn)和最低點(diǎn)兩種情形,具體情況又可分為以下兩種:豎直面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)名師指點(diǎn)豎直面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)名師指點(diǎn)豎直面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)名師指點(diǎn)豎直面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)名師指點(diǎn)【例】長L=0.5m質(zhì)量可忽略的細(xì)桿,其一端可繞O點(diǎn)在豎直平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng),另一端固定著一個(gè)物體A.A的質(zhì)量為m=2kg,當(dāng)A通過最高點(diǎn)時(shí),如圖所示,求在下列兩種情況下小球?qū)U的作用力:(1)A在最高點(diǎn)的速度為1m/s。(2)A在最高點(diǎn)的速度為4m/s。豎直面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)名師指點(diǎn)

豎直面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)名師指點(diǎn)(2)當(dāng)A在最高點(diǎn)的速度為v2=4m/s時(shí),因大于v0=m/s,此時(shí)物體A受到桿向下的拉力作用,根據(jù)牛頓第二定律有mg+F2=m解得F2=44N根據(jù)牛頓第三定律,小球?qū)U的作用力大小為44N,方向向上。答案：(1)16N向下(2)44N向上1．如圖所示,光滑的水平面上,小球m在拉力F作用下做勻速圓周運(yùn)動(dòng),若小球到達(dá)P點(diǎn)時(shí)F突然發(fā)生變化,下列關(guān)于小球運(yùn)動(dòng)的說法正確的是(

)A.F突然消失,小球?qū)⒀剀壽EPa做離心運(yùn)動(dòng)B.F突然變小,小球?qū)⒀剀壽EPa做離心運(yùn)動(dòng)C.F突然變大,小球?qū)⒀剀壽EPb做離心運(yùn)動(dòng)D.F突然變小,小球?qū)⒀剀壽EPc逐漸靠近圓心課堂訓(xùn)練解析：若F突然消失,小球所受合力突變?yōu)?,將沿切線方向勻速飛出,選項(xiàng)A正確。若F突然變小不足以提供所需向心力,小球?qū)⒆鲋饾u遠(yuǎn)離圓心的離心運(yùn)動(dòng),選項(xiàng)B、D錯(cuò)誤。若F突然變大,超過了所需向心力,小球?qū)⒆鲋饾u靠近圓心的運(yùn)動(dòng),選項(xiàng)C錯(cuò)誤。答案：A課堂訓(xùn)練2．飛機(jī)俯沖拉起時(shí),飛行員處于超重狀態(tài),此時(shí)座位對飛行員的支持力大于所受的重力,這種現(xiàn)象叫過荷。過荷過重會造成飛行員大腦貧血,四肢沉重,暫時(shí)失明,甚至昏厥。受過專門訓(xùn)練的空軍飛行員最多可承受9倍重力的支持力影響。g取10m/s2,則當(dāng)飛機(jī)在豎直平面上沿圓弧軌道俯沖速度為100m/s時(shí),圓弧軌道的最小半徑為(

)A.100m B.111m C.125m D.250m課堂訓(xùn)練課堂訓(xùn)練答案：C3．(多選)如圖所示,細(xì)桿的一端與一小球相連,可繞過O點(diǎn)的水平軸自由轉(zhuǎn)動(dòng)?，F(xiàn)給小球一初速度,使它做圓周運(yùn)動(dòng)。圖中a、b分別表示小球軌道的最低點(diǎn)和最高點(diǎn),則桿對球的作用力可能是(

)A.a處為拉力,b處為拉力

B.a處為拉力,b處為推力C.a處為推力,b處為拉力

D.a處為推力,b處為推力課堂訓(xùn)練解析：在a處受到豎直向下的重力,因此a處一定受到桿的拉力,因?yàn)樾∏蛟谧畹忘c(diǎn)時(shí)所需向心力沿桿由a指向圓心O,向心力是桿對球的拉力和重力的合力。小球在最高點(diǎn)b時(shí)桿對球的作用力有三種情況:(1)桿對球恰好沒有作用力,這時(shí)小球所受的重力提供向心力,設(shè)此時(shí)小球速度為v臨,由

。(2)當(dāng)小球在b點(diǎn),速度v>v臨時(shí),