高中物理第4章勻速圓周運動第3節(jié)向心力的實例分析課件魯科版.ppt

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課下作業(yè)綜合提升 第4章 第3節(jié) 新知預(yù)習(xí) 巧設(shè)計 名師課堂 一點通 創(chuàng)新演練 大沖關(guān) 要點一 要點二 隨堂檢測歸納小結(jié) 1 能夠分析具體問題中向心力的來源 并能求出相關(guān)的物理量 2 在豎直平面內(nèi)的圓周運動問題中 會分析物體在最高 低 點的受力特點 3 掌握繩球 桿球兩類模型在最高點臨界速度的分析 讀教材 填要點 靜摩擦力f 最大靜摩擦力 2 汽車 火車在內(nèi)低外高的路面上轉(zhuǎn)彎 圖4 3 1 重力 支持力 彎道半徑 傾角 3 飛機(jī)轉(zhuǎn)彎受力如圖4 3 2所示 向心力由空氣作用力F和重力mg的提供 合力 圖4 3 2 二 豎直面內(nèi)的圓周運動1 汽車過拱形橋 mg N N mg 小于 大于 N mg N mg 圖4 3 3 試身手 夯基礎(chǔ) 2 汽車通過凸橋最高點或凹橋最低點是由重力和支持力的合力提供向心力 汽車通過凸橋時 在最高點對地面的壓力 重力 會產(chǎn)生失重現(xiàn)象 若橋面半徑為R 要保證車不離開橋面 車行駛的最大速度必須小于 汽車通過凹橋時 在最低點對地面的壓力大于重力 會產(chǎn)生超重現(xiàn)象 3 如圖4 3 4所示為翻滾過山車軌道模型圖 圓環(huán)直徑15m 過山車經(jīng)過最低點時的速度約25m s 經(jīng)過最高點時的速度約18m s 試?yán)门ｎD第二定律和圓周運動的知識 探究這樣的情況下能否保證乘客的安全 圖4 3 4 答案 見解析 火車轉(zhuǎn)彎問題的分析與計算 1 弄清火車輪緣結(jié)構(gòu)火車的車輪有凸出的輪緣 且火車在軌道上運行時 車輪上有凸出輪緣的一邊在兩軌道內(nèi)側(cè) 這種結(jié)構(gòu)特點 主要是限制火車運行軌跡 防止脫軌 如圖4 3 5所示 2 分析向心力的來源如果轉(zhuǎn)彎處內(nèi)外軌一樣高 外側(cè)車輪的輪緣擠壓外軌 使外軌發(fā)生形變 外軌對輪緣的彈力提供火車轉(zhuǎn)彎的向心力 圖4 3 5 火車質(zhì)量大 若僅靠這種方法得到向心力 則輪緣與外軌間的作用力很大 鐵軌容易損壞 造成火車傾覆 圖4 3 6 怎樣解決這個問題呢 可以在鐵軌轉(zhuǎn)彎處 讓外軌高于內(nèi)軌 如圖4 3 6 a b 所示 轉(zhuǎn)彎時所需的向心力由火車的重力和鐵軌對火車的彈力的合力提供 這個彈力垂直于斜面 不會使鐵軌損壞 3 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指向圓心 1 鐵路轉(zhuǎn)彎的圓弧半徑是300m 軌距是1435mm 規(guī)定火車通過這里的速度是72km h 內(nèi)外軌的高度差該是多大時才能使鐵軌不受輪緣的擠壓 保持內(nèi)外軌的這個高度差 如果車的速度大于或小于72km h 會分別發(fā)生什么現(xiàn)象 說明理由 審題指導(dǎo) 解答本題應(yīng)把握以下兩點 1 明確圓心的位置 2 明確向心力的來源 1 如果車速v 72km h 20m s F將小于需要的向心力 所差的仍需由外軌對輪緣的彈力來彌補 這樣會出現(xiàn)外側(cè)車輪向外擠壓外軌的現(xiàn)象 2 如果車速v 72km h F將大于需要的向心力 超出的則由內(nèi)軌對內(nèi)側(cè)車輪輪緣的壓力來平衡 這樣就出現(xiàn)內(nèi)側(cè)車輪的輪緣向外擠壓內(nèi)輪的現(xiàn)象 答案 1 0 195m 2 見解析 鐵路與公路的轉(zhuǎn)彎處雖然是外側(cè)高內(nèi)側(cè)低 但車輛是在水平面內(nèi)做圓周運動 由水平方向垂直于速度方向的合力提供向心力 豎直面內(nèi)的繩球 桿球模型 2 桿球模型如圖4 3 8所示 在細(xì)輕桿上固定的小球或在管形軌道內(nèi)運動的小球 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 2 如圖4 3 9所示 在雜技表演 水流星 中 細(xì)繩系有裝水的水桶 在豎直平面內(nèi)做圓周運動 水的質(zhì)量m 0 5kg 水到手轉(zhuǎn)動軸的距離為L 0 8m 求 g取10m s2 1 水桶經(jīng)過圓弧最高點時水不流出來的最小速率 2 水桶在最高點速率v 5m s時 水對桶底的壓力 3 若桶和水的總質(zhì)量M 1kg 水桶在經(jīng)過最低點速率為6 5m s 求此時繩子的拉力大小 圖4 3 9 審題指導(dǎo) 水流星 是繩球模型 解答本題關(guān)鍵是要分析水桶經(jīng)過最高點和最低點時桶內(nèi)水的受力情況 然后根據(jù)牛頓第二定律求解 答案 1 2 8m s 2 10 6N 3 62 8N 1 在繩模型和桿模型中 物體在最低點的受力情況是相同的 兩模型的差異在于物體在最高點時能不能受到 支撐 2 研究在繩或桿約束下的圓周運動時 一定要明確研究對象 搞清 誰 對 誰 的作用力 牛頓第三定律是轉(zhuǎn)移研究對象的橋梁