《2015-2016學年高中物理第4章勻速圓周運動第3講向心力的實例分析課件魯科版必修》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《2015-2016學年高中物理第4章勻速圓周運動第3講向心力的實例分析課件魯科版必修（45頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
1、第4章 第3講向心力的實例分析目標定位1.通過向心力的實例分析，會分析向心力的來源，體會勻速圓周運動在生活，生產(chǎn)中的應用.2.能應用向心力和向心加速度公式求解豎直面內(nèi)圓周運動的最高點和最低點的向心力及向心加速度.3.熟練掌握應用牛頓第二定律和向心力知識分析兩類豎直面內(nèi)圓周運動模型的步驟和方法. 1 預習導學 梳理識記點撥 2 課堂講義 理解深化探究3 對點練習 鞏固應用反饋欄目索引 CONTENTS PAGE 一、轉(zhuǎn)彎時的向心力實例分析1.汽車在水平路面轉(zhuǎn)彎 靜摩擦力最大靜摩擦力 2.汽車、火車在內(nèi)低外高的路面上轉(zhuǎn)彎 轉(zhuǎn)彎半徑汽車火車 想一想火車行駛速度大于規(guī)定的速度時，是外軌還是內(nèi)軌易受損？
2、答案外軌 二、豎直平面內(nèi)的圓周運動實例分析1.汽車過拱形橋 橋型分析 汽車過凸形橋 汽車過凹形橋向心力 支持力與重力的合力提供向心力 支持力與重力的合力提供向心力 方程壓力 mgN Nmg小于 大于 (1)向心力來源：受力如圖1所示，重力和支持力的合力提供向心力.(2)向心力方程.2.過山車(在最高點和最低點)Nmg 圖1Nmg 想一想過山車能從高高的圓形軌道頂部轟然而過，車卻不掉下來，這是為什么呢？答案當過山車在豎直面內(nèi)做圓周運動時，所需要的向心力由重力和軌道的支持力來提供，當速度達到一定值時所需要的向心力大于重力時，軌道對過山車要提供一定的支持力補充所需要的向心力，即過山車壓在了軌道上，所
3、以過山車能安全通過軌道頂部. 一、火車轉(zhuǎn)彎問題1.轉(zhuǎn)彎時的圓周平面：火車做圓周運動的圓周平面是水平面，火車的向心加速度和向心力均是沿水平方向指向圓心. 圖2 3.速度與軌道壓力的關系(1)當vv0時，所需向心力僅由重力和彈力的合力提供，此時內(nèi)外軌道對火車均無擠壓作用.(2)當vv0時，外軌道對輪緣有側(cè)壓力.(3)當vv0時，內(nèi)軌道對輪緣有側(cè)壓力.4.汽車、摩托車賽道拐彎處，高速公路轉(zhuǎn)彎處設計成外高內(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. 例1火車在半徑r900 m的彎道轉(zhuǎn)彎，火車質(zhì)量為8105 kg，軌道寬為l1.4 m，外軌比內(nèi)軌高h14 cm，為了使鐵軌不受輪緣的擠壓，火車的
4、速度應為多大？(很小時，可以近似認為tan sin ；g取10 m/s2)解析若火車在轉(zhuǎn)彎時鐵軌不受擠壓，即由重力和支持力的合力提供向心力，火車轉(zhuǎn)彎平面是水平面.火車受力如圖所示，由牛頓第二定律得： 由于很小，可以近似認為解式得：v30 m/s.答案30 m/s 二、汽車過橋問題1.分析汽車過橋這類問題時應把握以下兩點：(1)汽車在拱橋上的運動是豎直面內(nèi)的圓周運動.(2)向心力來源(最高點和最低點)：重力和橋面的支持力的合力提供向心力. 例2如圖3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20 m.如果橋面受到的壓力不得超過3.0105 N
5、，則：圖3 (1)汽車允許的最大速度是多少？解析汽車在凹形橋底部時，由牛頓第二定律得：答案10 m/s (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)解析汽車在凸形橋頂部時，由牛頓第二定律得：代入數(shù)據(jù)解得N 105 N由牛頓第三定律知汽車對橋面的最小壓力等于105 N.答案105 N 三、豎直面內(nèi)的繩、桿模型問題1.輕繩模型(最高點，如圖4)圖4 (1)繩(外軌道)施力特點：只能施加向下的拉力(或壓力)(3)在最高點 2.輕桿模型(最高點，如圖5)圖5 (1)桿(雙軌道)施力特點：既能施加向下的拉(壓)力，也能施加向上的支持力.(2)動力學方程： (3)桿類的臨界速
6、度為v臨0. 例3一細繩與水桶相連，水桶中裝有水，水桶與細繩一起在豎直平面內(nèi)做圓周運動，如圖6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)圖6 (1)若在最高點水不流出來，求桶的最小速率；解析分別以水桶和桶中的水為研究對象，對它們進行受力分析，找出它們做圓周運動所需向心力的來源，根據(jù)牛頓運動定律建立方程求解.以水桶中的水為研究對象，在最高點恰好不流出來，說明水的重力恰好提供其做圓周運動所需的向心力，此時桶的速率最小. 答案2.24 m/s (2)若在最高點水桶的速率v3 m/s，求水對桶底的壓力.代入數(shù)據(jù)可得：N4 N.由牛頓第三定律，水對桶底的壓力：
7、N 4 N.答案4 N 例4長L0.5 m質(zhì)量可忽略的桿其下端固定于O點，上端連有質(zhì)量m2 kg的小球，它繞O點在豎直平面內(nèi)做圓周運動.當通過最高點時，如圖7所示，求下列情況下桿受到的力(計算出大小，并說明是拉力還是壓力).(g取10 m/s2) 圖7 (1)當v1 m/s時，桿受到的力為多少，是什么力？解析小球通過最高點時，受到重力和輕桿的彈力作用，重力和彈力的合力提供向心力.設豎直向下為正方向.根據(jù)牛頓第二定律可得：22 根據(jù)牛頓第三定律可得：小球?qū)p桿的作用力為N1 N116 N，方向豎直向下，是壓力.答案16 N壓力 (2)當v4 m/s時，桿受到的力為多少，是什么力？根據(jù)牛頓第三定律
8、可得：小球?qū)p桿的作用力為N2 N244 N，方向豎直向上，是拉力.答案44 N拉力 1.冰面對溜冰運動員的最大靜摩擦力為運動員的重力的k倍，在水平冰面上沿半徑為r的圓周滑行的運動員，其安全速度為()轉(zhuǎn)彎時的向心力分析 答案B 2.賽車在傾斜的軌道上轉(zhuǎn)彎如圖8所示，彎道的傾角為，半徑為r，則賽車完全不靠摩擦力轉(zhuǎn)彎的速率是(設轉(zhuǎn)彎半徑水平)() 圖8 答案C 豎直面內(nèi)的圓周運動問題圖9 A.沿球面下滑至M點B.沿球面下滑至某一點N，便離開球面做斜下拋運動C.沿半徑大于R的新圓弧軌道做圓周運動D.立即離開半圓球做平拋運動 答案D 4.如圖10所示，長為R的輕桿一端系一小球在豎直平面內(nèi)做圓周運動.求： 圖10 答案(1)3mg，方向豎直向下 22
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