高一物理人教必修二配套課件第五章第七節(jié)生活中的圓周運(yùn)動

1、第七節(jié)生活中的圓周運(yùn)動,第五章曲線運(yùn)動,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，能解決生活中的圓周運(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)動的應(yīng)用及危害,第五章曲線運(yùn)動,一、鐵路的彎道(閱讀教材P26P27) 1運(yùn)動特點(diǎn) 火車轉(zhuǎn)彎時做_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_力 2向心力來源 (1)若轉(zhuǎn)彎處內(nèi)外軌一樣高，則由_對輪緣的彈力提供向心力 (2)若在修筑鐵路時，根據(jù)彎道的_和規(guī)定的_，適當(dāng)選擇內(nèi)、外軌的高度差，則轉(zhuǎn)彎時所需的向心力幾乎完全由_和_的合力提供,圓周,向心,外軌,半徑,速度,重力,支持力,拓展延伸

2、(解疑難) 對火車轉(zhuǎn)彎時速度與向心力的討論 1當(dāng)火車以規(guī)定速度v0轉(zhuǎn)彎時，重力G和支持力FN的合力F等于向心力，這時輪緣與內(nèi)外軌均無側(cè)壓力 2當(dāng)火車轉(zhuǎn)彎速度vv0時，重力G和支持力FN的合力F小于向心力，外軌向內(nèi)擠壓輪緣，提供側(cè)壓力，與F共同充當(dāng)向心力 3當(dāng)火車轉(zhuǎn)彎速度vv0時，重力G和支持力FN的合力F大于向心力，內(nèi)軌向外擠壓輪緣，產(chǎn)生的側(cè)壓力與合力共同充當(dāng)向心力,1.(1)車輛在水平路面上轉(zhuǎn)彎時，所受重力與支持力的合力提供向心力() (2)車輛在水平路面上轉(zhuǎn)彎時,所受摩擦力提供向心力() (3)車輛在“內(nèi)低外高”的路面上轉(zhuǎn)彎時，受到的合力可能為零() (4)車輛按規(guī)定車速通過“內(nèi)低外高”的

3、彎道時，向心力是由重力和支持力的合力提供的(),mgFN,小于,大于,拓展延伸(解疑難),2.(1)汽車在水平路面上勻速行駛時，對地面的壓力等于車重，加速行駛時大于車重() (2)汽車在拱形橋上行駛，速度小時對橋面的壓力大于車重，速度大時壓力小于車重() (3)汽車通過凹形橋底部時,對橋面的壓力一定大于車重.(),三、航天器中的失重現(xiàn)象(閱讀教材P28) 人造衛(wèi)星、宇宙飛船、航天飛機(jī)等航天器進(jìn)入軌道后可近似認(rèn)為繞地球做勻速圓周運(yùn)動，此時重力提供了航天器做圓周運(yùn)動的向心力航天器中的人和物隨航天器一起做圓周運(yùn) 動，其向心力也是由重力提供的，此時重力全部用來提供向心力，不對其他物體產(chǎn)生壓力，即里面的

4、人和物處于完全失重狀態(tài),拓展延伸(解疑難) 1物體在航天器中處于完全失重狀態(tài)，并不是說物體不受重力，只是重力全部用來提供物體做圓周運(yùn)動所需的向心力，使得物體所受支持力為0. 2任何關(guān)閉了發(fā)動機(jī)，又不受阻力的飛行器的內(nèi)部，都是一個完全失重的環(huán)境 3失重狀態(tài)下，一切涉及重力的現(xiàn)象均不再發(fā)生，如無法使用水銀氣壓計、天平等 注意：航天器中的物體所受重力小于在地面所受重力的現(xiàn) 象，不是失重現(xiàn)象,3.宇宙飛船繞地球做勻速圓周運(yùn)動,下列說法中正確的有() A在飛船內(nèi)可以用天平測量物體的質(zhì)量 B在飛船內(nèi)可以用水銀氣壓計測艙內(nèi)的氣壓 C在飛船內(nèi)可以用彈簧測力計測拉力 D在飛船內(nèi)將重物掛于彈簧測力計上，彈簧測力計

5、示數(shù)為 0，但重物仍受地球的引力,CD,提示：飛船內(nèi)的物體處于完全失重狀態(tài)，此時放在天平上的物體對天平的壓力為0，因此不能用天平測量物體的質(zhì)量,A錯誤;同理，水銀也不會產(chǎn)生壓力，故水銀氣壓計也不能使用，B錯誤；彈簧測力計測拉力遵從胡克定律，拉力的大小與彈簧伸長量成正比，C正確；飛船內(nèi)的重物處于完全失重狀態(tài)，并不是不受重力，而是重力全部用于提供物體做圓周運(yùn)動所需的向心力，D正確,四、離心運(yùn)動(閱讀教材P28P29) 1定義：在向心力突然消失或合力不足以提供所需的向心力時，物體沿_飛出或做_的運(yùn)動 2離心運(yùn)動的應(yīng)用和防止 (1)應(yīng)用：離心干燥器；洗衣機(jī)的_；離心制管技術(shù) (2)防止：汽車在公路轉(zhuǎn)彎

6、處必須_；轉(zhuǎn)動的砂輪、飛輪的轉(zhuǎn)速不能太高,切線,逐漸遠(yuǎn)離圓心,脫水桶,限速行駛,拓展延伸(解疑難),注意：(1)離心運(yùn)動并非受所謂“離心力”作用，而是物體慣性的表現(xiàn) (2)離心運(yùn)動并不是物體沿半徑方向飛出，而是運(yùn)動半徑越來越大或沿切線方向飛出 (3)離心運(yùn)動的性質(zhì)由其受力和此時的速度共同決定,4.關(guān)于離心運(yùn)動，下列說法中正確的是() A物體突然受到離心力的作用，將做離心運(yùn)動 B做勻速圓周運(yùn)動的物體，當(dāng)提供向心力的合外力突然變大時將做離心運(yùn)動 C做勻速圓周運(yùn)動的物體，只要提供向心力的合外力的數(shù)值發(fā)生變化，就將做離心運(yùn)動 D做勻速圓周運(yùn)動的物體，當(dāng)提供向心力的合外力突然消失或變小時將做離心運(yùn)動,D

7、,提示：物體做什么運(yùn)動取決于物體所受合外力與物體所需向心力的關(guān)系，只有當(dāng)提供的合外力小于所需要的向心力時，物體才做離心運(yùn)動，所以做離心運(yùn)動的物體并沒有受到所謂的離心力的作用，離心力沒有施力物體，所以離心力不存 在由以上分析可知D正確,1對火車轉(zhuǎn)彎問題一定要搞清合力的方向指向圓心方向的合外力提供物體做圓周運(yùn)動的向心力，方向指向水平面內(nèi)的圓心 2彎道兩軌在同一水平面上時，向心力由外軌對輪緣的擠壓力提供 3當(dāng)外軌高于內(nèi)軌時，向心力由火車的重力和鐵軌的支持力以及內(nèi)、外軌對輪緣的擠壓力的合力提供，這還與火車的速度大小有關(guān),火車轉(zhuǎn)彎問題的解題策略,(自選例題，啟迪思維) 1.(2015德州高一檢測)火車以

8、半徑r900 m轉(zhuǎn)彎，火車質(zhì)量為8105 kg，軌道寬為l1.4 m，外軌比內(nèi)軌高h(yuǎn)14 cm，為了使鐵軌不受輪緣的擠壓，火車的速度應(yīng)為多大？(g取10 m/s2) 思路探究(1)火車轉(zhuǎn)彎所需向心力由_力和_力的合力提供，沿_方向 (2)當(dāng)很小時，可近似認(rèn)為sin 和tan _.,答案30 m/s,2. (2013高考新課標(biāo)全國卷)公路急轉(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)汽車行駛的速率為vc 時，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() A路面外側(cè)高內(nèi)側(cè)低 B車速只要低于vc，車輛便會向內(nèi)側(cè)滑動 C車速雖然高于vc，但只要不超出某一最高限度，車輛便不會向外

9、側(cè)滑動 D當(dāng)路面結(jié)冰時，與未結(jié)冰時相比，vc 的值變小,AC,C,思路點(diǎn)撥求解該題應(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 (2)vv0外側(cè)輪緣受擠壓,名師點(diǎn)評(1)火車以規(guī)定速度通過彎道時，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； (2)車輛在水平路面上轉(zhuǎn)彎時，摩擦力提供向心力,1運(yùn)動學(xué)特點(diǎn)：汽車過凹凸橋時的運(yùn)動可看做圓周運(yùn)動 2運(yùn)動學(xué)分析 (1)向心力來源：汽車過凹凸橋的最高點(diǎn)或最低點(diǎn)時，在豎直方向受重力和支持力，其合力提供向心力,凹凸橋問題的求解,(2)汽車過凹凸橋壓力的分析與討論 若汽車質(zhì)量為m，橋面圓弧半徑為R，汽車在最高點(diǎn)或最低點(diǎn)速率為v

10、，則汽車對橋面的壓力大小情況討論如下：,(自選例題，啟迪思維) 1.如圖所示，質(zhì)量m2.0104 kg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60 m如果橋面承受的壓力不得超過3.0105 N，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10 m/s2),思路點(diǎn)撥首先判斷汽車在何位置對路面的壓力最大、最小,然后利用向心力公式求解 答案(1)10 m/s(2)105 N,2.如圖所示，汽車在炎熱的夏天沿高低不平的曲面勻速率行駛，其中最容易發(fā)生爆胎的點(diǎn)是() Aa點(diǎn) Bb點(diǎn) Cc點(diǎn) Dd點(diǎn),D,A,物理模型豎直平面內(nèi)圓

11、周運(yùn)動的繩、桿模型,不能支持物體,既能支持物體，又能拉物體,范例繩系著裝有水的水桶，在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動，水的質(zhì)量m0.5 kg，繩長l60 cm，求： (1)在最高點(diǎn)時水不流出的最小速率； (2)水在最高點(diǎn)速率v3 m/s時，水對桶底的壓力 思路點(diǎn)撥(1)水不流出的條件是水對桶底的壓力FN0，最小速率應(yīng)滿足mgmv2/l. (2)速率大于最小速率時，向心力是由重力和桶底對水的壓力的合力提供,答案(1)2.42 m/s(2)2.6 N，方向豎直向上 名師點(diǎn)評解答豎直平面內(nèi)圓周運(yùn)動問題時，首先要分清是繩模型還是桿模型其次明確兩種模型到達(dá)最高點(diǎn)的臨界條件另外，對于桿約束物體運(yùn)動到最高點(diǎn)時的彈力方向可先假設(shè)，然后根據(jù)計算結(jié)果的正負(fù)來確定,長度為0.