《圓周運(yùn)動(dòng)》人教版高中物理課件4

4生活中的圓周運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)目標(biāo)思維導(dǎo)圖1.會(huì)分析具體圓周運(yùn)動(dòng)問(wèn)題中向心力的來(lái)源,能解決生活中的圓周運(yùn)動(dòng)問(wèn)題。2.了解航天器中的失重現(xiàn)象及原因。3.了解離心運(yùn)動(dòng)及物體做離心運(yùn)動(dòng)的條件,知道離心運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用及危害。必備知識(shí)自我檢測(cè)一、火車轉(zhuǎn)彎1.火車轉(zhuǎn)彎的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)火車轉(zhuǎn)彎時(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。2.向心力的來(lái)源(1)若轉(zhuǎn)彎時(shí)內(nèi)外軌一樣高,則由外軌對(duì)輪緣的彈力提供向心力,這樣,鐵軌和車輪極易受損,還可能使火車側(cè)翻。(2)若轉(zhuǎn)彎時(shí)外軌略高于內(nèi)軌,依據(jù)轉(zhuǎn)彎半徑和規(guī)定的行駛速度,適當(dāng)選擇內(nèi)外軌的高度差,使轉(zhuǎn)彎時(shí)所需的向心力幾乎完全由重力G和支持力FN的合力來(lái)提供。必備知識(shí)自我檢測(cè)二、汽車過(guò)拱形橋1.汽車過(guò)拱形橋(如圖甲)必備知識(shí)自我檢測(cè)2.汽車過(guò)凹形路面(如圖乙)

必備知識(shí)自我檢測(cè)三、航天器中的失重現(xiàn)象1.航天器在近地軌道的運(yùn)動(dòng)

2.對(duì)失重現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)航天器內(nèi)的任何物體都處于完全失重狀態(tài),但并不是物體不受重力。正因?yàn)槭艿街亓ψ饔貌攀购教炱鬟B同其中的乘員環(huán)繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)。必備知識(shí)自我檢測(cè)四、離心運(yùn)動(dòng)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(wú)縫鋼管、水泥管道、水泥電線桿等,分離血液中的血漿和紅細(xì)胞。4.防止:汽車在公路轉(zhuǎn)彎處必須限速行駛;轉(zhuǎn)動(dòng)的砂輪、飛輪的轉(zhuǎn)速不能太高。必備知識(shí)自我檢測(cè)正誤辨析1.火車在水平路面上轉(zhuǎn)彎時(shí),外軌擠壓火車的外輪緣。(

)答案:√2.車輛按規(guī)定車速通過(guò)“內(nèi)低外高”的彎道時(shí),向心力是由重力和支持力的合力提供的。(

)答案:√3.汽車過(guò)拱形橋或凹形路面時(shí),向心加速度的方向都是向上的。(

)解析:汽車過(guò)拱形橋時(shí),向心加速度的方向向下;過(guò)凹形路面時(shí),向心加速度的方向向上。答案:×必備知識(shí)自我檢測(cè)4.汽車駛過(guò)凹形路面最低點(diǎn)時(shí),對(duì)路面的壓力一定大于重力。

(

)答案:√5.航天器中宇航員處于完全失重狀態(tài),所受合力為零。(

)解析:航天器中宇航員處于完全失重狀態(tài),但受地球引力,合力不為零。答案:×6.物體做離心運(yùn)動(dòng)是因?yàn)槭艿诫x心力的作用。(

)解析:物體做離心運(yùn)動(dòng)的原因不是受到離心力作用,而是外力不足以提供向心力。答案:×探究一探究二探究三隨堂檢測(cè)火車轉(zhuǎn)彎問(wèn)題分析情境導(dǎo)引如圖為火車車輪的構(gòu)造及火車轉(zhuǎn)彎時(shí)的情景,設(shè)火車轉(zhuǎn)彎時(shí)的運(yùn)動(dòng)是勻速圓周運(yùn)動(dòng),觀察圖片并思考:(1)火車轉(zhuǎn)彎處的鐵軌有什么特點(diǎn)?(2)火車轉(zhuǎn)彎時(shí)哪些力提供向心力?(3)火車轉(zhuǎn)彎時(shí)速度過(guò)大或過(guò)小,會(huì)對(duì)哪側(cè)軌道有側(cè)壓力?探究一探究二探究三隨堂檢測(cè)要點(diǎn)提示:(1)火車轉(zhuǎn)彎處,外軌高于內(nèi)軌。(2)重力、支持力、軌道的彈力。(3)火車轉(zhuǎn)彎時(shí)速度過(guò)大會(huì)對(duì)軌道外側(cè)有壓力,速度過(guò)小會(huì)對(duì)軌道內(nèi)側(cè)有壓力。探究一探究二探究三隨堂檢測(cè)知識(shí)歸納1.軌跡分析火車在轉(zhuǎn)彎過(guò)程中,運(yùn)動(dòng)軌跡是一圓弧,由于火車轉(zhuǎn)彎過(guò)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?；疖嚨南蛐募铀俣群拖蛐牧厮矫嬷赶驁A心。2.向心力分析(1)若轉(zhuǎn)彎處內(nèi)外軌一樣高,則由外軌對(duì)輪緣的彈力提供向心力。(2)若轉(zhuǎn)彎時(shí)外軌略高于內(nèi)軌,根據(jù)彎道的半徑和規(guī)定的速度,適當(dāng)選擇內(nèi)、外軌的高度差,則按規(guī)定速度轉(zhuǎn)彎時(shí)所需的向心力完全由重力和支持力的合力提供。探究一探究二探究三隨堂檢測(cè)3.規(guī)定速度分析若火車轉(zhuǎn)彎時(shí)只受重力和支持力作用,不受軌道側(cè)壓力。則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(duì)輪緣都沒(méi)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(shì),故外軌道對(duì)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(shì),故內(nèi)軌道對(duì)輪緣有側(cè)壓力。探究一探究二探究三隨堂檢測(cè)畫(huà)龍點(diǎn)睛

火車軌道外高內(nèi)低的目的是讓支持力傾斜,讓支持力在指向圓心方向的分力提供向心力。同理,汽車和摩托車賽道拐彎處、高速公路轉(zhuǎn)彎處設(shè)計(jì)成外高內(nèi)低,可以減小車輪和路面間的橫向摩擦力。探究一探究二探究三隨堂檢測(cè)實(shí)例引導(dǎo)例1有一列質(zhì)量為100t的火車,以72km/h的速率勻速通過(guò)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(guò)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。點(diǎn)撥第(1)問(wèn)中,外軌對(duì)輪緣的側(cè)壓力提供火車轉(zhuǎn)彎所需要的向心力;第(2)問(wèn)中,重力和鐵軌對(duì)火車的支持力的合力提供火車轉(zhuǎn)彎的向心力。探究一探究二探究三隨堂檢測(cè)答案:(1)1×105N

(2)0.1探究一探究二探究三隨堂檢測(cè)規(guī)律方法

火車轉(zhuǎn)彎問(wèn)題的兩點(diǎn)注意(1)合力的方向:火車轉(zhuǎn)彎時(shí),火車所受合力沿水平方向指向圓心,而不是沿軌道斜面向下。(2)受力分析:火車轉(zhuǎn)彎速率大于或小于規(guī)定速率時(shí),火車受到三個(gè)力的作用,即重力、軌道的支持力和外軌或內(nèi)軌對(duì)火車的側(cè)向擠壓力,側(cè)向擠壓力的方向沿軌道平面向里或向外,合力沿水平面指向圓心。探究一探究二探究三隨堂檢測(cè)變式訓(xùn)練1(多選)火車在鐵軌上轉(zhuǎn)彎可以看作是做勻速圓周運(yùn)動(dòng),火車速度提高易使外軌受損。為解決火車高速轉(zhuǎn)彎時(shí)使外軌受損這一難題,你認(rèn)為理論上可行的措施是(

)A.減小彎道半徑B.增大彎道半徑C.適當(dāng)減小內(nèi)外軌道的高度差D.適當(dāng)增加內(nèi)外軌道的高度差解析:當(dāng)火車速度增大時(shí),可適當(dāng)增大轉(zhuǎn)彎半徑或適當(dāng)增加內(nèi)外軌道的高度差,以減小外軌所受壓力。答案:BD探究一探究二探究三隨堂檢測(cè)汽車過(guò)橋問(wèn)題分析情境導(dǎo)引(1)用兩根鐵絲彎成如圖所示的凹凸橋。把一個(gè)小球放在凹橋底部A,調(diào)節(jié)兩軌間的距離,使小球剛好不掉下去,但稍加一點(diǎn)壓力,小球就會(huì)撐開(kāi)兩軌下落。讓小球從斜軌滾下,當(dāng)小球經(jīng)過(guò)凹橋底部時(shí),你看到了什么?(2)把凹橋下的搭鉤扣上,并讓小球在凸橋頂端B靜止放置時(shí),剛好能撐開(kāi)兩軌下落。然后,讓小球再?gòu)男避墲L下,當(dāng)球經(jīng)過(guò)凸橋頂端時(shí),你又看到了什么?凹凸橋?qū)嶒?yàn)裝置

探究一探究二探究三隨堂檢測(cè)要點(diǎn)提示:(1)小球經(jīng)過(guò)凹橋底部時(shí),從兩軌之間掉了下來(lái)。(2)小球經(jīng)過(guò)凸橋頂端時(shí),沒(méi)有掉下來(lái)。探究一探究二探究三隨堂檢測(cè)知識(shí)歸納汽車過(guò)拱形橋問(wèn)題探究一探究二探究三隨堂檢測(cè)探究一探究二探究三隨堂檢測(cè)實(shí)例引導(dǎo)例2如圖所示,質(zhì)量m=2.0×104kg的汽車以不變的速率先后駛過(guò)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(guò)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(duì)橋面的最小壓力是多少?(g取10m/s2)探究一探究二探究三隨堂檢測(cè)點(diǎn)撥首先要確定汽車在何位置時(shí)對(duì)橋面的壓力最大,汽車經(jīng)過(guò)凹形橋面時(shí),向心加速度方向向上,汽車處于超重狀態(tài);經(jīng)過(guò)凸形橋面時(shí),向心加速度向下,汽車處于失重狀態(tài),所以汽車經(jīng)過(guò)凹形橋面最低點(diǎn)時(shí),汽車對(duì)橋面的壓力最大。解析:(1)汽車在凹形橋底部時(shí),由牛頓第二定律得FN-mg=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mg-FN'=代入數(shù)據(jù)得FN'=1.0×105

N。由牛頓第三定律知汽車對(duì)橋面的最小壓力是1.0×105

N。答案:(1)10m/s

(2)1.0×105N探究一探究二探究三隨堂檢測(cè)規(guī)律方法

(1)過(guò)凹形橋最低點(diǎn)時(shí),汽車的加速度方向豎直向上,處于超重狀態(tài),為使對(duì)橋壓力不超出最大承受力,汽車有最大行駛速度限制。(2)汽車對(duì)橋的壓力與橋?qū)ζ嚨闹С至κ亲饔昧εc反作用力。探究一探究二探究三隨堂檢測(cè)變式訓(xùn)練2如圖所示,當(dāng)汽車通過(guò)拱橋頂點(diǎn)的速度為10m/s時(shí),車對(duì)橋頂?shù)膲毫檐囍氐?如果要使汽車在橋面行駛至橋頂時(shí),對(duì)橋面的壓力為零,則汽車通過(guò)橋頂?shù)乃俣葢?yīng)為(

)A.15m/s B.20m/s C.25m/sD.30m/s答案:B探究一探究二探究三隨堂檢測(cè)對(duì)離心運(yùn)動(dòng)的理解情境導(dǎo)引雨天,當(dāng)你旋轉(zhuǎn)自己的雨傘時(shí),會(huì)發(fā)現(xiàn)水滴沿著傘的邊緣切線飛出。汽車高速轉(zhuǎn)彎時(shí),若摩擦力不足,汽車會(huì)滑出路面。請(qǐng)思考:(1)水滴飛出、汽車滑出是因?yàn)槭艿搅穗x心力嗎?(2)物體做離心運(yùn)動(dòng)的條件是什么?要點(diǎn)提示:(1)水滴飛出、汽車滑出的原因是物體慣性的表現(xiàn),不是因?yàn)槭艿搅耸裁措x心力,離心力是不存在的。(2)物體做離心運(yùn)動(dòng)的條件是做圓周運(yùn)動(dòng)的物體,提供向心力的外力突然消失或者外力不能提供足夠大的向心力。探究一探究二探究三隨堂檢測(cè)知識(shí)歸納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(méi)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(huì)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。探究一探究二探究三隨堂檢測(cè)3.離心運(yùn)動(dòng)的條件

探究一探究二探究三隨堂檢測(cè)(4)若F合=0,則物體沿切線方向飛出,做勻速直線運(yùn)動(dòng)。畫(huà)龍點(diǎn)睛

分析離心現(xiàn)象要明確什么是“提供的向心力”,什么是“需要的向心力”,分析“供”與“需”的關(guān)系是確定物體怎樣運(yùn)動(dòng)的關(guān)鍵。第六章4生活中的圓周運(yùn)動(dòng)—2020-2021（新教材）人教版（2019）高中物理必修第二冊(cè)課件(共37張PPT)第六章4生活中的圓周運(yùn)動(dòng)—2020-2021（新教材）人教版（2019）高中物理必修第二冊(cè)課件(共37張PPT)探究一探究二探究三隨堂檢測(cè)實(shí)例引導(dǎo)例3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(wèn)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(guò)vm時(shí),將會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象?(g取10m/s2)第六章4生活中的圓周運(yùn)動(dòng)—2020-2021（新教材）人教版（2019）高中物理必修第二冊(cè)課件(共37張PPT)第六章4生活中的圓周運(yùn)動(dòng)—2020-2021（新教材）人教版（2019）高中物理必修第二冊(cè)課件(共37張PPT)探究一探究二探究三隨堂檢測(cè)答案:90km/h

汽車做離心運(yùn)動(dòng)或出現(xiàn)翻車

第六章4生活中的圓周運(yùn)動(dòng)—2020-2021（新教材）人教版（2019）高中物理必修第二冊(cè)課件(共37張PPT)第六章4生活中的圓周運(yùn)動(dòng)—2020-2021（新教材）人教版（2019）高中物理必修第二冊(cè)課件(共37張PPT)探究一探究二探究三隨堂檢測(cè)分析技巧離心運(yùn)動(dòng)問(wèn)題的分析技巧(1)關(guān)鍵看物體所受的合力是否滿足物體做圓周運(yùn)動(dòng)所需要的向心力,即“提供”是否滿足“需求”。物體做圓周運(yùn)動(dòng)所需要的向心力越大,物體就越容易發(fā)生離心現(xiàn)象。(2)離心現(xiàn)象是做圓周運(yùn)動(dòng)的物體所受合力減小或突然消失時(shí)所發(fā)生的現(xiàn)象,而不是離心力大于向心力的緣故。(3)若提供向心力的合力大于需要的向心力(Fn>mrω2)時(shí),物體將做“近心運(yùn)動(dòng)”。第六章4生活中的圓周運(yùn)動(dòng)—2020-2021（新教材）人教版（2019）高中物理必修第二冊(cè)課件(共37張PPT)第六章4生活中的圓周運(yùn)動(dòng)—2020-2021（新教材）人教版（2019）高中物理必修第二冊(cè)課件(共37張PPT)探究一探究二探究三隨堂檢測(cè)變式訓(xùn)練3如圖是摩托車比賽轉(zhuǎn)彎時(shí)的情形,轉(zhuǎn)彎處路面常是外高內(nèi)低,摩托車轉(zhuǎn)彎有一個(gè)最大安全速度,若超過(guò)此速度,摩托車將發(fā)生滑動(dòng)。對(duì)于摩托車滑動(dòng)的問(wèn)題,下列論述正確的是(

)A.摩托車一直受到沿半徑方向向外的離心力作用B.摩托車所受外力的合力小于所需的向心力C.摩托車將沿其線速度的方向沿直線滑去D.摩托車將沿其半徑方向沿直線滑去解析:摩托車只受重力、地面支持力和地面的摩擦力作用,沒(méi)有離心力,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;摩托車正確轉(zhuǎn)彎時(shí)可看作是做勻速圓周運(yùn)動(dòng),所受的合力等于向心力,如果向外滑動(dòng),說(shuō)明提供的向心力即合力小于需要的向心力,選項(xiàng)B正確;摩托車將在沿線速度方向與半徑向外的方向之間做離心曲線運(yùn)動(dòng),選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤。答案:B第六章4生活中的圓周運(yùn)動(dòng)—2020-2021（新教材）人教版（2019）高中物理必修第二冊(cè)課件(共37張PPT)第六章4生活中的圓周運(yùn)動(dòng)—2020-2021（新教材）人教版（2019）高中物理必修第二冊(cè)課件(共37張PPT)探究一探究二探究三隨堂檢測(cè)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(shuō)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(guò)了所需向心力,小球?qū)⒆鲋饾u靠近圓心的近心運(yùn)動(dòng),選項(xiàng)C錯(cuò)誤。答案:A第六章4生活中的圓周運(yùn)動(dòng)—202