高中物理 第二章 勻速圓周運(yùn)動(dòng) 3 圓周運(yùn)動(dòng)的實(shí)例分析 4 圓周運(yùn)動(dòng)與人類文明課件 教科版必修2

《高中物理 第二章 勻速圓周運(yùn)動(dòng) 3 圓周運(yùn)動(dòng)的實(shí)例分析 4 圓周運(yùn)動(dòng)與人類文明課件 教科版必修2》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《高中物理 第二章 勻速圓周運(yùn)動(dòng) 3 圓周運(yùn)動(dòng)的實(shí)例分析 4 圓周運(yùn)動(dòng)與人類文明課件 教科版必修2（40頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、第二章勻速圓周運(yùn)動(dòng)目標(biāo)定位1.會(huì)分析圓周運(yùn)動(dòng)問題中向心力的來源，能解決生活中的圓周運(yùn)動(dòng)問題.2.知道離心現(xiàn)象及離心運(yùn)動(dòng)的條件，了解離心運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用和危害.3.了解圓周運(yùn)動(dòng)在人類文明進(jìn)程中的廣泛應(yīng)用，認(rèn)識(shí)圓周運(yùn)動(dòng)對(duì)人類文明發(fā)展的重大影響.學(xué)案3圓周運(yùn)動(dòng)的實(shí)例分析4 圓周運(yùn)動(dòng)與人類文明知識(shí)探究自我檢測一、汽車過拱形橋知識(shí)探究問題設(shè)計(jì)1.質(zhì)量為m的汽車以速度v通過拱形橋的最高點(diǎn)，若橋面的圓弧半徑為R，求此時(shí)汽車對(duì)橋的壓力.汽車的重力與汽車對(duì)橋的壓力哪個(gè)大？可見，汽車對(duì)橋的壓力N小于汽車的重力mg，并且，壓力隨汽車速度的增大而減小.答案在最高點(diǎn)，對(duì)汽車進(jìn)行受力分析，如圖所示.由牛頓第二定律列方程求出汽車

2、受到的支持力；由牛頓第三定律求出橋面受到的壓力2.當(dāng)汽車通過凹形橋最低點(diǎn)時(shí)，汽車對(duì)橋的壓力比汽車的重力大還是小呢？答案汽車在凹形橋的最低點(diǎn)時(shí)對(duì)橋的壓力大小為(受力分析如圖)要點(diǎn)提煉圖11.汽車過拱形橋(如圖1)汽車在最高點(diǎn)向心力： m ，得N .由此可知，汽車在最高點(diǎn)對(duì)橋面的壓力_重力.汽車處于失重狀態(tài).mgN小于2.汽車過凹形橋(如圖2)圖2由此可知，汽車在最低點(diǎn)對(duì)橋面的壓力大于其自身重力，故凹形橋易被壓垮，汽車處于超重狀態(tài)，因而實(shí)際中拱形橋多于凹形橋.Nmg得N .二、“旋轉(zhuǎn)秋千” 問題設(shè)計(jì)“旋轉(zhuǎn)秋千”的運(yùn)動(dòng)可簡化為圓錐擺模型(如圖3所示)，當(dāng)小球在水平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，回答下列問題：

3、(1)小球受到幾個(gè)力的作用？什么力提供小球做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力？答案受重力和繩子的拉力兩個(gè)力的作用；繩子的拉力和重力的合力提供小球做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力.圖3(2)“旋轉(zhuǎn)秋千”纜繩與中心軸的夾角與什么有關(guān)(設(shè)人的質(zhì)量為m，角速度為，繩長為l)?答案如圖所示，設(shè)纜繩與中心軸的夾角為，勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為rF合mgtan rlsin 由牛頓第二定律得F合m2r以上三式聯(lián)立得由此可以看出，纜繩與中心軸的夾角跟“旋轉(zhuǎn)秋千”的角速度和繩長有關(guān)，而與所乘坐人的體重?zé)o關(guān).要點(diǎn)提煉1.運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)：人及其座椅在 面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，懸線旋轉(zhuǎn)形成一個(gè) 面.2.向心力：做圓錐擺運(yùn)動(dòng)的小球在水平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力是由

4、其受到的重力和懸線拉力的合力F合提供，即F合 .3.圓周運(yùn)動(dòng)的半徑r .4.動(dòng)力學(xué)方程：mgtan .水平圓錐mgtan lsin m2lsin 三、火車轉(zhuǎn)彎問題設(shè)計(jì)將火車轉(zhuǎn)彎時(shí)的運(yùn)動(dòng)看作勻速圓周運(yùn)動(dòng).(1)如圖4所示，如果軌道是水平的，火車轉(zhuǎn)彎時(shí)受到哪些力的作用？什么力提供向心力？答案軌道水平時(shí)，火車受重力、支持力、軌道對(duì)輪緣的彈力、向后的摩擦力，向心力由軌道對(duì)輪緣的彈力來提供.圖4(2)(1)中獲得向心力的方法好不好？為什么？若不好，如何改進(jìn)？答案這種方法不好，因?yàn)榛疖嚨馁|(zhì)量很大，行駛的速度也不小，輪緣與外軌的相互作用力很大，鐵軌和車輪極易受損.改進(jìn)方法：在轉(zhuǎn)彎處使外軌略高于內(nèi)軌，使重力和

5、支持力的合力提供向心力，這樣外軌就不受輪緣的擠壓了.(3)當(dāng)軌道平面與水平面之間的夾角為，轉(zhuǎn)彎半徑為R時(shí)，火車行駛速度多大軌道才不受擠壓？答案火車受力如圖所示，則要點(diǎn)提煉1.向心力來源：在鐵路轉(zhuǎn)彎處，內(nèi)、外鐵軌有高度差，火車在此處依規(guī)定的速度行駛，轉(zhuǎn)彎時(shí)，向心力幾乎完全由_和 的合力提供，即F .2.規(guī)定速度：若火車轉(zhuǎn)彎時(shí)，火車輪緣不受軌道壓力，則mgtan ，故v0 ，其中R為彎道半徑，為軌道所在平面與水平面的夾角，v0為彎道規(guī)定的速度.重力G支持力Nmgtan (1)當(dāng)vv0時(shí)，F(xiàn)F合，即轉(zhuǎn)彎時(shí)所需向心力等于支持力和重力的合力，這時(shí)內(nèi)、外軌 ，這就是設(shè)計(jì)的限速狀態(tài).(2)當(dāng)vv0時(shí)，F(xiàn)F合

6、，即所需向心力大于支持力和重力的合力，這時(shí) 對(duì)車輪有側(cè)壓力，以彌補(bǔ)向心力不足的部分.(3)當(dāng)vv0時(shí)，F(xiàn)F合，即所需向心力小于支持力和重力的合力，這時(shí) 對(duì)車輪有側(cè)壓力，以抵消向心力過大的部分.均無側(cè)壓力外軌內(nèi)軌四、離心運(yùn)動(dòng)問題設(shè)計(jì)1.用繩拉著小球在光滑水平面上做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，當(dāng)繩斷后小球做什么運(yùn)動(dòng)？答案繩斷后小球沿切線方向做勻速直線運(yùn)動(dòng).2.做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體如果某一時(shí)刻的合外力F合小于m ，物體做什么運(yùn)動(dòng)？答案物體將離開圓周，做離心運(yùn)動(dòng).要點(diǎn)提煉1.離心運(yùn)動(dòng)：在做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于合外力提供的向心力 或_，以致物體沿圓周運(yùn)動(dòng)的切線方向飛出或 而去的運(yùn)動(dòng)叫做離心運(yùn)動(dòng).2.離心運(yùn)動(dòng)的實(shí)質(zhì)離心運(yùn)動(dòng)

7、實(shí)質(zhì)是物體慣性的表現(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，之所以沒有飛出去，是因?yàn)槭艿较蛐牧Φ淖饔?一旦作為向心力的合外力突然消失或不足以提供向心力，物體就會(huì)發(fā)生離心運(yùn)動(dòng).消失不足遠(yuǎn)離圓心3.合力與向心力的關(guān)系對(duì)圓周運(yùn)動(dòng)的影響(如圖5所示)若F合m2r，物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng).若F合m2r，物體做近心運(yùn)動(dòng).圖5典例精析一、汽車過拱形橋問題例1一輛質(zhì)量m2 t的轎車，駛過半徑R90 m的一段凸形橋面，g10 m/s2，求：(1)轎車以10 m/s的速度通過橋面最高點(diǎn)時(shí)，對(duì)橋面的壓力是多大？解析轎車通過凸形橋面最高點(diǎn)時(shí)，受力分析如圖所示：根據(jù)牛頓第三定律，轎車在橋面最高點(diǎn)時(shí)對(duì)橋面壓力的大小

8、為1.78104 N.答案1.78104 N(2)在最高點(diǎn)對(duì)橋面的壓力等于零時(shí)，車的速度大小是多少？答案30 m/s二、圓錐擺模型例2如圖6所示，已知繩長為L0.2 m，水平桿長L0.1 m，小球質(zhì)量m0.3 kg，整個(gè)裝置可繞豎直軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng).g取10 m/s2，問：(1)要使繩子與豎直方向成45角，試求該裝置必須以多大的角速度轉(zhuǎn)動(dòng)才行？(2)此時(shí)繩子的張力多大？圖6解析小球繞豎直軸做圓周運(yùn)動(dòng)，其軌道平面在水平面內(nèi)，軌道半徑rLLsin 45.對(duì)小球受力分析如圖所示，設(shè)繩對(duì)小球拉力為T，則繩的拉力與小球重力的合力提供小球做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力.對(duì)小球利用牛頓第二定律可得：mgtan 45m2rrL

9、Lsin 45聯(lián)立兩式，將數(shù)據(jù)代入可得6.44 rad/s答案(1)6.44 rad/s(2)4.24 N三、火車轉(zhuǎn)彎例3鐵路在彎道處的內(nèi)、外軌道高度是不同的，已知內(nèi)、外軌道平面與水平面的夾角為，如圖7所示，彎道處的圓弧半徑為R，若質(zhì)量為m的火車轉(zhuǎn)彎時(shí)速度等于 ，則()A.內(nèi)軌對(duì)內(nèi)側(cè)車輪輪緣有擠壓B.外軌對(duì)外側(cè)車輪輪緣有擠壓C.這時(shí)鐵軌對(duì)火車的支持力等于D.這時(shí)鐵軌對(duì)火車的支持力大于圖7答案C四、對(duì)離心運(yùn)動(dòng)的理解例4如圖8所示，高速公路轉(zhuǎn)彎處彎道圓半徑R100 m，汽車輪胎與路面間的動(dòng)摩擦因數(shù)0.23.最大靜摩擦力與滑動(dòng)摩擦力相等，若路面是水平的，問汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)不發(fā)生徑向滑動(dòng)(離心現(xiàn)象)所允許的

10、最大速率vm為多大？當(dāng)超過vm時(shí)，將會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？(g9.8 m/s2)圖8解析在水平路面上轉(zhuǎn)彎，向心力只能由靜摩擦力提供，設(shè)汽車質(zhì)量為m，則fmmg，代入數(shù)據(jù)可得vm15 m/s54 km/h.當(dāng)汽車的速度超過54 km/h時(shí)，需要的向心力m 大于最大靜摩擦力，也就是說提供的合外力不足以維持汽車做圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力，汽車將做離心運(yùn)動(dòng)，嚴(yán)重的將會(huì)出現(xiàn)翻車事故.答案54 km/h汽車做離心運(yùn)動(dòng)或出現(xiàn)翻車事故課堂要點(diǎn)小結(jié)1.(交通工具的轉(zhuǎn)彎問題)公路急轉(zhuǎn)彎處通常是交通事故多發(fā)地帶.如圖9所示，某公路急轉(zhuǎn)彎處是一圓弧，當(dāng)汽車行駛的速率為vc時(shí)，汽車恰好沒有向公路內(nèi)外兩側(cè)滑動(dòng)的趨勢，則在該彎道處(

11、)A.路面外側(cè)高內(nèi)側(cè)低B.車速只要低于vc，車輛便會(huì)向內(nèi)側(cè)滑動(dòng)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(huì)向外側(cè)滑動(dòng)D.當(dāng)路面結(jié)冰時(shí)，與未結(jié)冰時(shí)相比，vc的值變小自我檢測圖9解析當(dāng)汽車行駛的速度為vc時(shí)，路面對(duì)汽車沒有摩擦力，路面對(duì)汽車的支持力與汽車重力的合力提供向心力，此時(shí)要求路面外側(cè)高內(nèi)側(cè)低，選項(xiàng)A正確.當(dāng)速度稍大于vc時(shí)，汽車有向外側(cè)滑動(dòng)的趨勢，因而受到向內(nèi)側(cè)的摩擦力，當(dāng)摩擦力小于最大靜摩擦力時(shí)，車輛不會(huì)向外側(cè)滑動(dòng)，選項(xiàng)C正確.同樣，速度稍小于vc時(shí)，車輛不會(huì)向內(nèi)側(cè)滑動(dòng)，選項(xiàng)B錯(cuò)誤.vc的大小只與路面的傾斜程度和轉(zhuǎn)彎半徑有關(guān)，與地面的粗糙程度無關(guān)，選項(xiàng)D錯(cuò)誤.答案AC2.(

12、圓錐擺模型)如圖10所示，固定的錐形漏斗內(nèi)壁是光滑的，內(nèi)壁上有兩個(gè)質(zhì)量相等的小球A和B，在各自不同的水平面做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，以下物理量大小關(guān)系正確的是()A.速度vAvBB.角速度ABC.向心力FAFBD.向心加速度aAaB圖10知向心力FAFB，向心加速度aAaB，C、D錯(cuò)；答案A3.(對(duì)離心運(yùn)動(dòng)的理解)如圖11所示，光滑水平面上，質(zhì)量為m的小球在拉力F作用下做勻速圓周運(yùn)動(dòng).若小球運(yùn)動(dòng)到P點(diǎn)時(shí)，拉力F發(fā)生變化，下列關(guān)于小球運(yùn)動(dòng)情況的說法中正確的是()A.若拉力突然變大，小球?qū)⒀剀壽EPb做離心運(yùn)動(dòng)B.若拉力突然變小，小球?qū)⒀剀壽EPb做離心運(yùn)動(dòng)C.若拉力突然消失，小球?qū)⒀剀壽EPa做離心運(yùn)動(dòng)D.若拉力突然變小，小球?qū)⒀剀壽EPc做近心運(yùn)動(dòng)圖11解析若拉力突然變大，則小球?qū)⒆鼋倪\(yùn)動(dòng)，不會(huì)沿軌跡Pb做離心運(yùn)動(dòng)，A錯(cuò)誤.若拉力突然變小，則小球?qū)⒆鲭x心運(yùn)動(dòng)，但由于力與速度有一定的夾角，故小球?qū)⒆銮€運(yùn)動(dòng)，B正確，D錯(cuò)誤.若拉力突然消失，則小球?qū)⒀刂鳳點(diǎn)處的切線運(yùn)動(dòng)，C正確.答案BC