物理：2.3《圓周運(yùn)動的實例分析》2.4《圓周運(yùn)動與人類文明(選學(xué))》課件（教科版必修2）

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歡迎進(jìn)入物理課堂 第3節(jié)圓周運(yùn)動的實例分析第4節(jié)圓周運(yùn)動與人類文明 選學(xué) 核心要點突破 課堂互動講練 知能優(yōu)化訓(xùn)練 第3節(jié) 第4節(jié) 課前自主學(xué)案 課標(biāo)定位 課標(biāo)定位 應(yīng)用 1 在具體問題中分析向心力來源并進(jìn)行計算 2 求解變速圓周運(yùn)動中物體在特殊點的向心力及向心加速度 理解 1 向心力 向心加速度也適用于變速圓周運(yùn)動 2 生活中的實例中包含的圓周運(yùn)動知識 認(rèn)識 1 向心力是由一個力或幾個力的合力提供 2 離心現(xiàn)象 物體做離心運(yùn)動的條件 課前自主學(xué)案 一 汽車過拱形橋1 向心力來源 最高點和最低點 汽車做圓周運(yùn)動 和橋面的 的合力提供向心力 重力 支持力 mg N 小于 N mg 大于 二 旋轉(zhuǎn)秋千 旋轉(zhuǎn)秋千 運(yùn)動可簡化為圓錐擺模型 如圖2 3 3所示 圖2 3 31 向心力來源 物體做勻速圓周運(yùn)動的向心力是由物體所受的重力和懸線對它的 的合力提供 2 動力學(xué)關(guān)系 m 2r 又r 拉力 mgtan lsin 則 周期T 所以cos 由此可知 角度與角速度 和繩長l有關(guān) 在繩長l確定的情況下 角速度 越大 越大 三 火車轉(zhuǎn)彎1 火車在彎道上的運(yùn)動特點 火車車輪上突出的輪緣在鐵軌上起到 的作用 如果火車在水平路基上轉(zhuǎn)彎 對輪緣的彈力就是火車轉(zhuǎn)彎的向心力 輪緣與外軌間的作用力 鐵軌與輪緣極易受損 故實際在轉(zhuǎn)彎處 火車的外軌 內(nèi)軌 2 向心力的來源內(nèi)外軌高度差 依據(jù) 和 適當(dāng)選擇內(nèi)外軌的高度差 使轉(zhuǎn)彎時所需的向心力幾乎完全由 和 的合力來提供 限定方向 外軌 很大 略高于 軌道半徑 規(guī)定的行駛速度 重力 支持力 四 離心運(yùn)動1 定義 物體沿圓周運(yùn)動的切線方向飛出或做逐漸 而去的運(yùn)動 2 原因 合外力提供圓周運(yùn)動的向心力 或不足 不存在受 離心力 的作用 3 離心機(jī)械 利用 運(yùn)動的機(jī)械 遠(yuǎn)離圓心 消失 離心 思考感悟在近地軌道上 各國發(fā)射了很多的航天器 如衛(wèi)星 空間站 各種探測器 還隨時發(fā)射宇宙飛船 航天飛機(jī) 假設(shè)這些航天器都做勻速圓周運(yùn)動 設(shè)想地球的引力突然消失 它們將怎樣運(yùn)動 提示 這些航天器在引力作用下做勻速圓周運(yùn)動 若引力突然消失 它們將沿該時刻的速度方向做勻速直線運(yùn)動 即沿切線方向飛出 核心要點突破 一 對火車轉(zhuǎn)彎問題的理解1 圖2 3 4 2 明確圓周平面雖然外軌高于內(nèi)軌 但整個外軌是等高的 整個內(nèi)軌是等高的 因而火車在行駛的過程中 重心的高度不變 即火車重心的軌跡在同一水平面內(nèi) 故火車的圓周平面是水平面 而不是斜面 即火車的向心加速度和向心力均是沿水平面而指向圓心 3 速度與軌道壓力的關(guān)系 1 當(dāng)火車行駛速度v等于規(guī)定速度v0時 所需向心力僅由重力和彈力的合力提供 此時內(nèi)外軌道對火車無擠壓作用 2 當(dāng)火車行駛速度v與規(guī)定速度v0不相等時 火車所需向心力不再僅由重力和彈力的合力提供 此時內(nèi)外軌道對火車輪緣有擠壓作用 具體情況如下 當(dāng)火車行駛速度v v0時 外軌道對輪緣有側(cè)壓力 當(dāng)火車行駛速度v v0時 內(nèi)軌道對輪緣有側(cè)壓力 特別提醒 汽車 摩托車賽道拐彎處 高速公路轉(zhuǎn)彎處設(shè)計成外高內(nèi)低 也是盡量使車受到的重力和支持力的合力提供向心力 以減小車輪受到地面施加的側(cè)向擠壓 即時應(yīng)用 即時突破 小試牛刀 1 為滿足我國經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展的需要 我國的鐵路運(yùn)輸經(jīng)過了多次提速 當(dāng)火車運(yùn)行速度從120km h提高到200km h時 為使轉(zhuǎn)彎處鐵軌不受側(cè)壓力 在對轉(zhuǎn)彎處鐵路改造時 下列做法可行的是 A 使內(nèi) 外軌的高度差適當(dāng)增大些B 使內(nèi) 外軌的高度差適當(dāng)減小些C 適當(dāng)增加火車的質(zhì)量D 適當(dāng)增大轉(zhuǎn)彎的半徑 二 對離心運(yùn)動的理解1 離心運(yùn)動的實質(zhì)離心運(yùn)動是物體逐漸遠(yuǎn)離圓心的一種物理現(xiàn)象 它的本質(zhì)是物體慣性的表現(xiàn) 做圓周運(yùn)動的物體 總是有沿著圓周切線方向飛出去的趨勢 之所以沒有飛出去 是因為受到向心力作用的緣故 從某種意義上說 向心力的作用是不斷地把物體從圓周運(yùn)動的切線方向拉到圓周上來 一旦作為向心力的合外力突然消失 物體就會沿切線方向飛出去 2 物體做離心運(yùn)動的條件 做圓周運(yùn)動的物體 一旦提供向心力的外力突然消失 或者合外力不能提供足夠的向心力時 物體做遠(yuǎn)離圓心的運(yùn)動 即離心運(yùn)動 3 離心運(yùn)動的受力特點 物體做離心運(yùn)動并不是物體受到離心力作用 而是由于合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 實際并不存在 4 合外力與向心力的關(guān)系 如圖2 3 5 圖2 3 5 特別提醒 1 離心運(yùn)動并不是受 離心力 的作用產(chǎn)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 即時應(yīng)用 即時突破 小試牛刀 2 物體做離心運(yùn)動時 運(yùn)動軌跡的形狀為 A 一定是直線B 一定是曲線C 可能是直線也可能是曲線D 可能是一個圓解析 選C 當(dāng)物體所受的合外力突然消失時 物體將沿切線方向飛出做直線運(yùn)動 當(dāng)物體所受的合外力不足以提供它所需要的向心力時 物體做離心越來越遠(yuǎn)的曲線運(yùn)動 故選C 2 輕桿模型圖2 3 7如圖2 3 7所示 在細(xì)輕桿上固定的小球或在管形軌道內(nèi)運(yùn)動的小球 由于桿和管能對小球產(chǎn)生向上的支持力 所以小球能在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動的條件是在最高點的速度大于或等于零 小球的受力情況為 特別提醒 對豎直平面內(nèi)的圓周運(yùn)動 1 要明確運(yùn)動的模型 即繩或桿 2 由不同模型的臨界條件分析受力 找到向心力的來源 即時應(yīng)用 即時突破 小試牛刀 3 2011年杭州高一檢測 如圖2 3 8所示 用長為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 正確的說法是 圖2 3 8 A 小球在圓周最高點時所受的向心力一定為重力B 小球在最高點時繩子的拉力有可能為零C 若小球剛好能在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動 則其在最高點的速率為0D 小球過最低點時繩子的拉力一定大于小球重力 課堂互動講練 如圖2 3 9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60m 如果橋面承受的壓力不得超過3 0 105N 則 圖2 3 9 1 汽車允許的最大速率是多少 2 若以所求速率行駛 汽車對橋面的最小壓力是多少 g取10m s2 思路點撥 汽車在拱橋上運(yùn)動時 對凹形橋的壓力大于其重力 而對凸形橋則壓力小于重力 由此可知 對凹形橋則存在一個允許最大速率 對凸形橋則有最小壓力 可根據(jù)圓周運(yùn)動知識 在最低點和最高點列方程求解 方法總結(jié) 1 過凹形橋最低點時 汽車的加速度方向豎直向上 處于超重狀態(tài) 為使對橋壓力不超出最大承受力 汽車有最大行駛速度限制 2 應(yīng)用牛頓第二定律列方程時 應(yīng)取加速度方向為正方向 3 汽車對橋的壓力與橋?qū)ζ嚨闹С至κ亲饔昧εc反作用力 有一列重為100t的火車 以72km h的速率勻速通過一個內(nèi)外軌一樣高的彎道 軌道半徑為400m g取10m s2 1 試計算鐵軌受到的側(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 試計算路基傾斜角度 的正切值 思路點撥 1 問中 外軌對輪緣的側(cè)壓力提供火車轉(zhuǎn)彎所需要的向心力 2 問中 重力和鐵軌對火車的支持力的合力提供火車轉(zhuǎn)彎的向心力 方法總結(jié) 解決這類題目首先要明確物體轉(zhuǎn)彎做的是圓周運(yùn)動 其次要找準(zhǔn)物體做圓周運(yùn)動的平面及圓心 理解向心力的來源是物體所受的合力 變式訓(xùn)練2路基略傾斜 火車在拐彎時 對于向心力的分析 正確的是 A 由于火車本身作用而產(chǎn)生了向心力B 主要是由于內(nèi)外軌的高度差的作用 車身略有傾斜 車身所受重力的分力產(chǎn)生了向心力C 火車在拐彎時的速率小于規(guī)定速率時 內(nèi)軌將給火車側(cè)壓力 側(cè)壓力就是向心力D 火車在拐彎時的速率大于規(guī)定速率時 外軌將給火車側(cè)壓力 側(cè)壓力作為火車拐彎時向心力的一部分 圖2 3 11如圖2 3 11所示 高速公路轉(zhuǎn)彎處彎道圓半徑R 100m 汽車輪胎與路面間的動摩擦因數(shù) 0 23 若路面是水平的 問汽車轉(zhuǎn)彎時不發(fā)生徑向滑動 離心現(xiàn)象 所許可的最大速率vm為多大 當(dāng)超過vm時 將會出現(xiàn)什么現(xiàn)象 g 9 8m s2 思路點撥 明確向心力的來源和理解離心運(yùn)動產(chǎn)生的原因是求解本題的關(guān)鍵 也就是說實際所受的摩擦力不足以維持汽車做圓周運(yùn)動所需的向心力 汽車將做離心運(yùn)動 嚴(yán)重的將會出現(xiàn)翻車事故 答案 54km h汽車做離心運(yùn)動或出現(xiàn)翻車 變式訓(xùn)練3下列關(guān)于離心現(xiàn)象的說法正確的是 A 當(dāng)物體所受的離心力大于向心力時產(chǎn)生離心現(xiàn)象B 做勻速圓周運(yùn)動的物體 當(dāng)它所受的一切力都消失時 它將做背離圓心的圓周運(yùn)動C 做勻速圓周運(yùn)動的物體 當(dāng)它所受的一切力都突然消失時 它將沿切線做直線運(yùn)動D 做勻速圓周運(yùn)動的物體 當(dāng)它所受的一切力都消失時 它將做曲線運(yùn)動 長L 0 5m的輕桿 其一端連接著一個零件A A的質(zhì)量m 2kg 現(xiàn)讓A在豎直平面內(nèi)繞O點做勻速圓周運(yùn)動 如圖2 3 12所示 在A通過最高點時 求下列兩種情況下A對桿的作用力 圖2 3 12 1 A的速率為1m s 2 A的速率為4m s g 10m s2 答案 見精講精析 方法總結(jié) A經(jīng)過最高點時 桿對A的彈力必沿桿的方向 但它可以給A向下的拉力 也可以給A向上的支持力 在事先不易判斷該力是向上還是向下的情況下 可先采用假設(shè)法 例如先假設(shè)桿向下拉A 若求解結(jié)果為正值 說明假設(shè)方向正確 若求解結(jié)果為負(fù)值 說明實際的彈力方向與假設(shè)方向相反 變式訓(xùn)練4長L 0 5m的細(xì)繩拴著小水桶繞固定軸在豎直平面內(nèi)轉(zhuǎn)動 桶中有質(zhì)量m 0 5kg的水 g取10m s2 求 1 在最高點時 水不流出的最小速率是多少 2 在最高點時 若速率v 3m s 水對桶底的壓力為多大 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全