2017_2018學(xué)年高中物理第五章曲線運(yùn)動(dòng)習(xí)題課3豎直面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)課件新人教版.pptx

1、第五章,習(xí)題課3 豎直面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng),學(xué)習(xí)目標(biāo) 1.了解豎直面上圓周運(yùn)動(dòng)的兩種基本模型. 2.掌握輕繩約束下圓周運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)特殊點(diǎn)的相關(guān)分析. 3.學(xué)會(huì)分析圓周運(yùn)動(dòng)問(wèn)題的一般方法.,內(nèi)容索引,當(dāng)堂達(dá)標(biāo)檢測(cè),重點(diǎn)知識(shí)探究,重點(diǎn)知識(shí)探究,如圖1所示，長(zhǎng)為L(zhǎng)的細(xì)繩拴著質(zhì)量為m的小球在豎直面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng).試分析： (1)當(dāng)小球在最低點(diǎn)A的速度為v1時(shí)，求繩的拉力FT1.,(2)當(dāng)小球在最高點(diǎn)B的速度為v2時(shí)，求繩的拉力FT2.,一、豎直面內(nèi)圓周運(yùn)動(dòng)的輕繩(過(guò)山車)模型,答案,圖1,(3)小球過(guò)最高點(diǎn)的最小速度是多大？,答案,答案 由于繩不可能對(duì)球有向上的支持力，只能產(chǎn)生向下的拉力，,(4)假設(shè)繩拉球過(guò)最

2、高點(diǎn)時(shí)最小速度小于 ，則會(huì)產(chǎn)生什么樣的后果？請(qǐng)總結(jié)繩拉球過(guò)最高點(diǎn)的條件.,答案,此時(shí)，重力mg的一部分提供向心力，剩余的另一部分力會(huì)使小球向下偏離圓周軌道，即小球此時(shí)不能過(guò)最高點(diǎn)做圓周運(yùn)動(dòng)，這之前已經(jīng)脫離圓周軌道了.,(5)有一豎直放置、內(nèi)壁光滑的圓環(huán)，其半徑為r，質(zhì)量為m的小球沿它的內(nèi)表面做圓周運(yùn)動(dòng)，分析小球在最高點(diǎn)A的速度應(yīng)滿足什么條件？,答案,當(dāng)vv0時(shí)，小球剛好能夠通過(guò)最高點(diǎn)，當(dāng)vv0時(shí)，小球能夠通過(guò)最高點(diǎn).,輕繩模型(如圖2所示)的最高點(diǎn)問(wèn)題 1.繩(內(nèi)軌道)施力特點(diǎn)：只能施加向下的拉力(或壓力). 2.在最高點(diǎn)的動(dòng)力學(xué)方程,圖2,例1 一細(xì)繩與水桶相連，水桶中裝有水，水桶與細(xì)繩一起

3、在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)，如圖3所示，水的質(zhì)量m0.5 kg，水的重心到轉(zhuǎn)軸的距離l50 cm.(g取10 m/s2) (1)若在最高點(diǎn)水不流出來(lái)，求桶的最小速率；(結(jié)果保留三位有效數(shù)字),解析,答案,答案 2.24 m/s,圖3,解析 以水桶中的水為研究對(duì)象，在最高點(diǎn)恰好不流出來(lái)，說(shuō)明水的重力恰好提供其做圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力，此時(shí)桶的速率最小.,(2)若在最高點(diǎn)水桶的速率v3 m/s，求水對(duì)桶底的壓力大小.,解析,答案,答案 4 N,代入數(shù)據(jù)可得：FN4 N. 由牛頓第三定律，水對(duì)桶底的壓力：FN4 N.,A.小球在圓周最高點(diǎn)時(shí)所受的向心力一定為重力 B.小球在最高點(diǎn)時(shí)繩子的拉力不可能為零 C

4、.若小球剛好能在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)，則其在最高點(diǎn)的速率為 D.小球過(guò)最低點(diǎn)時(shí)繩子的拉力一定大于小球重力,針對(duì)訓(xùn)練 (多選)如圖4所示，用長(zhǎng)為l的細(xì)繩拴著質(zhì)量為m的小球在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)，則下列說(shuō)法中正確的是,解析,答案,圖4,解析 小球在圓周最高點(diǎn)時(shí)，向心力可能等于重力也可能等于重力與繩子的拉力之和，取決于小球的瞬時(shí)速度的大小，A錯(cuò)誤； 小球在圓周最高點(diǎn)時(shí)，如果向心力完全由重力充當(dāng)，則可以使繩子的拉力為零，B錯(cuò)誤； 小球剛好能在豎直面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)，則在最高點(diǎn)，重力提供向心力，v ，C正確； 小球在圓周最低點(diǎn)時(shí)，具有豎直向上的向心加速度，處于超重狀態(tài)，拉力一定大于重力，故D正確.,二、豎直

5、面內(nèi)圓周運(yùn)動(dòng)的輕桿(管)模型,長(zhǎng)為L(zhǎng)的輕桿一端固定著一質(zhì)量為m的小球，使小球在豎直面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng).(如圖5) (1)當(dāng)小球在最高點(diǎn)B的速度為v1 時(shí)，求桿對(duì)球的作用力.,圖5,答案,(2)桿拉球過(guò)最高點(diǎn)的最小速度為多少？,答案,答案 由(1)中的分析可知，桿拉球過(guò)最高點(diǎn)的最小速度為零.,(3)試分析光滑圓管豎直軌道中，小球過(guò)最高點(diǎn)時(shí)受管壁的作用力與速度的關(guān)系？,答案,答案 設(shè)管壁對(duì)球的作用力向下，為FN.,細(xì)桿和管形軌道模型 1.最高點(diǎn)的最小速度 如圖6所示，細(xì)桿上固定的小球和管形軌道內(nèi)運(yùn)動(dòng)的小球，由于桿和管在最高處能對(duì)小球產(chǎn)生向上的支持力，故小球恰能到達(dá)最高點(diǎn)的最小速度v0，此時(shí)小球受到的支

6、持力FNmg.,圖6,2.小球通過(guò)最高點(diǎn)時(shí)，軌道對(duì)小球的彈力情況 (1) 桿或管的外側(cè)對(duì)球產(chǎn)生向下的拉力或彈力，F(xiàn)隨v 增大而增大. (2) 球在最高點(diǎn)只受重力，不受桿或管的作用力，F(xiàn)0. (3) 桿或管的內(nèi)側(cè)對(duì)球產(chǎn)生向上的彈力，F(xiàn)隨v的增大而減小. 3.小球能過(guò)最高點(diǎn)的條件：v0.,例2 長(zhǎng)L0.5 m的輕桿，其一端連接著一個(gè)零件A，A的質(zhì)量m2 kg.現(xiàn)讓A在豎直平面內(nèi)繞O點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，如圖7所示.在A通過(guò)最高點(diǎn)時(shí)，求下列兩種情況下A對(duì)桿的作用力大小(g10 m/s2). (1)A的速率為1 m/s；,解析,答案,答案 16 N,圖7,解析 以A為研究對(duì)象，設(shè)其受到桿的拉力為F，,即A

7、受到桿的支持力為16 N.根據(jù)牛頓第三定律可得A對(duì)桿的作用力為壓力，大小為16 N.,(2)A的速率為4 m/s.,答案,答案 44 N,解析,即A受到桿的拉力為44 N.根據(jù)牛頓第三定律可得A對(duì)桿的作用力為拉力，大小為44 N.,例3 (多選)如圖8所示，半徑為L(zhǎng)的圓管軌道(圓管內(nèi)徑遠(yuǎn)小于軌道半徑)豎直放置，管內(nèi)壁光滑，管內(nèi)有一個(gè)小球(小球直徑略小于管內(nèi)徑)可沿管轉(zhuǎn)動(dòng)，設(shè)小球經(jīng)過(guò)最高點(diǎn)P時(shí)的速度為v，則 A.v的最小值為 B.v若增大，球所需的向心力也增大 C.當(dāng)v由 逐漸減小時(shí)，軌道對(duì)球的彈力也減小 D.當(dāng)v由 逐漸增大時(shí)，軌道對(duì)球的彈力也增大,解析,答案,圖8,解析 由于小球在圓管中運(yùn)動(dòng)

8、，最高點(diǎn)速度可為零，A錯(cuò)誤； 根據(jù)向心力公式有 v若增大，球所需的向心力一定增大，B正確； 因?yàn)閳A管既可提供向上的支持力也可提供向下的壓力，當(dāng) 時(shí)，圓管受力為零，故v由 逐漸減小時(shí)，軌道對(duì)球的彈力增大，C錯(cuò)誤； v由 逐漸增大時(shí)，軌道對(duì)球的彈力也增大，D正確.故選B、D.,當(dāng)堂達(dá)標(biāo)檢測(cè),1.(輕繩作用下物體的運(yùn)動(dòng))雜技演員表演“水流星”，在長(zhǎng)為 1.6 m的細(xì)繩的一端，系一個(gè)與水的總質(zhì)量為m0.5 kg的盛 水容器，以繩的另一端為圓心，在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)， 如圖9所示，若“水流星”通過(guò)最高點(diǎn)時(shí)的速率為4 m/s，則下列 說(shuō)法正確的是(g10 m/s2) A.“水流星”通過(guò)最高點(diǎn)時(shí)，有水從容

9、器中流出 B.“水流星”通過(guò)最高點(diǎn)時(shí)，繩的張力及容器底部受到的壓力均為零 C.“水流星”通過(guò)最高點(diǎn)時(shí)，處于完全失重狀態(tài)，不受力的作用 D.“水流星”通過(guò)最高點(diǎn)時(shí)，繩子的拉力大小為5 N,1,2,3,4,解析,答案,圖9,1,2,3,4,2.(軌道約束下小球的運(yùn)動(dòng))(多選)如圖10所示，質(zhì)量為m的小球在豎直平面內(nèi)的光滑圓環(huán)內(nèi)側(cè)做圓周運(yùn)動(dòng).圓環(huán)半徑為R，小球經(jīng)過(guò)圓環(huán)內(nèi)側(cè)最高點(diǎn)時(shí)剛好不脫離圓環(huán)，則其通過(guò)最高點(diǎn)時(shí)下列表述正確的是 A.小球?qū)A環(huán)的壓力大小等于mg B.重力mg充當(dāng)小球做圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力 C.小球的線速度大小等于 D.小球的向心加速度大小等于g,解析,答案,圖10,1,2,3,4,解

10、析 因?yàn)樾∏蚪?jīng)過(guò)圓環(huán)內(nèi)側(cè)最高點(diǎn)時(shí)剛好不脫離圓環(huán)，故在最高點(diǎn)時(shí)小球?qū)A環(huán)的壓力為零，選項(xiàng)A錯(cuò)誤； 此時(shí)小球只受重力作用，即重力mg充當(dāng)小球做圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力，,1,2,3,4,A.小球通過(guò)最高點(diǎn)時(shí)的最小速度是 B.小球通過(guò)最高點(diǎn)時(shí)的最小速度為零 C.小球在水平線ab以下的管道中運(yùn)動(dòng)時(shí)外側(cè)管壁對(duì)小球一定無(wú)作用力 D.小球在水平線ab以下的管道中運(yùn)動(dòng)時(shí)外側(cè)管壁對(duì)小球一定有作用力,3.(球在管形軌道中的運(yùn)動(dòng))(多選) 如圖11所示，小球m在豎直放置的光滑的圓形管道內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)，下列說(shuō)法正確的是,答案,解析,圖11,1,2,3,4,解析 小球通過(guò)最高點(diǎn)的最小速度為0，圓形管外側(cè)、內(nèi)側(cè)都可以對(duì)小球提供彈力，小球在水平線ab以下時(shí)，必須有指向圓心的力提供向心力，就是外側(cè)管壁對(duì)小球的作用力，故B、D正確.,1,2,3,4,4.(桿拉球在豎直面內(nèi)的運(yùn)動(dòng))質(zhì)量為0.2 kg的小球固定在長(zhǎng)為0.9 m的輕桿一端，桿可繞過(guò)另一端O點(diǎn)的水平軸在豎直平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng).(g10 m/s2)求： (1)當(dāng)小球在最高點(diǎn)的速度為多大時(shí)，球?qū)U的作用力為零？,答