教科版必修二 2.3圆周运动的实例分析 课件（44张）.ppt

2 3圆周运动实例分析 分析方法如下 a 找圆心 定半径 找轨道面 即确定f向心力的方向b 分析物体的受力情况c 列方程和解方程 复习巩固 请分析以下匀速圆周运动的向心力的来源 赛道的设计 汽车在倾斜路面上转弯 汽车在水平路面上转弯 实例分析 弯道规定的速度取决于弯道半径和倾角 弯道规定的速度取决于弯道半径和路面粗糙程度 实例分析一 火车转弯 火车在平直轨道上匀速行驶时 所受的合力等于0 那么当火车转弯时 我们说它做圆周运动 那么是什么力提供火车的向心力呢 c 由于该弹力是由轮缘和外轨的挤压产生的 且由于火车质量很大 故轮缘和外轨间的相互作用力很大 易损坏铁轨 1 内外轨道一样高时 g fn f a 此时火车车轮受三个力 重力 支持力 外轨对轮缘的弹力 b 外轨对轮缘的弹力f提供向心力 向心力 2 转弯处 外轨略高于内轨 解 如图 f合 gtan gsin 当 很小时 mg h l f向 mv2 r f向 f合 mv2 r mg h l 则h v2l gr或v 根据转弯处的轨道半径r和规定的行驶速度v 适当选择内外轨的高度差h 使转弯时所需要的向心力完全由重力g和支持力n的合力来提供 设转弯处轨道与水平面夹角为 当h l一定 v0 时火车转弯所需的向心力恰好由重力和支持力的合力提供 车轮对铁轨的侧压力正好为零 当v v0时 由于火车有离心运动的趋势 对外轨有挤压作用 外轨对车轮提供侧压力 当v v0时 由于mg fn提供的向心力过大 车轮挤压内轨 侧压力由内轨提供 实例分析二 汽车过拱桥 竖直面内的圆周运动 黄石长江大桥 思考题 为什么生活中的桥大部分是 凸形桥 而不是 凹形桥 呢 只要求掌握最高点最低点 实例分析二 汽车过拱桥 找圆心 定半径 受力分析找向心力来源 列方程求解 圆心0 f向心力 f合 g nn g 注意 公式中v是汽车过桥顶时的瞬时速度 f向心力 f合 n gn g 注意 公式中v是汽车过桥底时的瞬时速度 但如果桥面是水平 可认为圆心在无穷远处 r为无穷大 比较三种桥面受力的情况 试讨论下面情况中 汽车行驶的速度越大 汽车对桥的压力如何变化 当汽车的速度不断增大时 会有什么现象发生 当v越大时 则越大 n越小 当v增大某一值时 则n 0 此时 超重 失重 例如 荡秋千 飞机转弯飞行员对坐垫压力 三 航天器中的失重现象 航天员在航天器中绕地球做匀速圆周运动时 航天员只受地球引力 引力为他提供了绕地球做匀速圆周运动所需的向心力f mv2 r 所以处于失重状态 即 mg mv2 r由此可以得出 v rg 1 2 做圆周运动的物体 由于本身的惯性 总有沿着圆周切线方向飞去的倾向 当f合 0时 物体沿切线方向飞出 关于向心 圆周 离心运动 关于向心 圆周 离心运动 供 需 是否平衡决定物体做何种运动 供 提供物体做圆周运动的力 需 物体做匀速圆周运动所需的力 f f f 练习 1 下列说法正确的是 a 作匀速圆周运动的物体 在所受合外力突然消失时 将沿圆周半径方向离开圆心b 作匀速圆周运动的物体 在所受合外力突然消失时 将沿圆周切线方向离开圆心c 作匀速圆周运动的物体 它自己会产生一个向心力 维持其作圆周运动d 作离心运动的物体 是因为受到离心力作用的缘故 b 2 以下属于离心现象应用的是 a 水平抛出去的物体 做平抛运动 b 链球运动员加速旋转到一定的速度后将链球抛开 c 离心干燥器使衣物干燥 d 锤头松了 将锤柄在石头上磕几下就可以把柄安牢 练习 bc 3 为了防止汽车在水平路面上转弯时出现 打滑 的现象 可以 a 增大汽车转弯时的速度b 减小汽车转弯时的速度c 增大汽车与路面间的摩擦d 减小汽车与路面间的摩擦 练习 b d 4 下列说法中错误的有 a 提高洗衣机脱水筒的转速 可以使衣服甩得更干b 转动带有雨水的雨伞 水滴将沿圆周半径方向离开圆心c 为了防止发生事故 高速转动的砂轮 飞轮等不能超过允许的最大转速d 离心水泵利用了离心运动的原理 练习 b 当时 水在杯中刚好不流出 当时 当时 此时水将会流出杯子 水流星 设水的质量为m 杯子运动到最高点时速率为v 绳长为r则有 f向 n mg mv2 r 解 n 0 v 过山车 结论 物体分离的临界条件是 n 0 思考题 自行车转弯时 稍一倾斜就过去了 摩托车转弯倾斜度要大一些 摩托赛车时转弯 倾斜度更大 几乎倒在地上 问 什么力提供向心力 向心力与倾斜度有关吗 有何关系 解答 由地面对车的静摩擦力提供 有关系 倾斜度越大 向心力越大 例 一辆汽车m 2 0 103kg在水平公路上行驶 经过半径r 50m的弯路时 如果车速度v 72km h 这辆汽车会不会发生事故 已知轮胎与路面间的最大静摩擦力fm 1 4 104n 解 这辆汽车经过弯路时所需向心力 据题意 最大静摩擦力只为1 4 104n 所以汽车会发生事故 匀速圆周运动实例分析 明确研究对象 确定它在哪个平面内做圆周运动 找到圆心和半径 确定研究对象在某个位置所处的状态 进行具体的受力分析 分析哪些力提供了向心力 建立以向心方向为正方向的坐标 据向心力公式列方程 解方程 对结果进行必要的讨论 运用向心力公式的解题步骤 飞机转弯 g n fn 圆周运动 circularmotion 圆周运动实例分析 分析方法如下 a 找圆心 定半径 找轨道面 即确定f向心力的方向b 分析物体的受力情况c 列方程和解方程 实例3 绳球模型 如图所示 一质量为m的小球 用长为l细绳系住 使其在竖直面内作圆周运动 1 小球做的是什么运动 2 小球运动过程中 受到哪些力 小球运动过程有什么特点 3 小球能在竖直平面内作圆周运动 必须满足的条件是什么 如图所示 一质量为m的小球 用长为l细绳系住 使其在竖直面内作圆周运动 1 若过小球恰好能通过最高点 则小球在最高点和最低点的速度分别是多少 小球的受力情况分别如何 2 若小球在最低点受到绳子的拉力为10mg 则小球在最高点的速度及受到绳子的拉力是多少 实例4 轨道与球 如图所示 一质量为m的小球 在半径为r光滑轨道上 使其在竖直面内作圆周运动 1 小球做的是什么运动 2 小球在运动过程中 受到哪些力 有哪些力对物体做功 小球的运动过程有什么特点 3 小球能在竖直平面内作圆周运动 必须满足的条件是什么 如图所示 一质量为m的小球 在半径为r光滑轨道上 使其在竖直面内作圆周运动 1 若小球恰好能通过最高点 则小球在最高点和最低点的速度分别是多少 小球的受力情况分别如何 2 若小球在最低点受到轨道的弹力为8mg 则小球在最高点的速度及受到轨道的弹力是多少 实例5 轻杆与球 如图所示 一质量为m的小球 用长为l轻杆固定住 使其在竖直面内作圆周运动 1 小球做的是什么运动 2 小球在运动过程中 受到哪些力 有哪些力对物体做功 小球的运动过程有什么特点 3 小球能在竖直平面内作圆周运动 必须满足的条件是什么 如图所示 一质量为m的小球 用长为l轻杆固定住 使其在竖直面内作圆周运动 1 若小球恰好能通过最高点 则小球在最高点和最低点的速度分别是多少 小球的受力情况分别如何 2 若小球在最低点受到杆子的拉力为5 5mg 则小球在最高点的速度及受到杆子的力是多少 拓展如图所示 一质量为m的小球 用长为l轻杆固定住 使其在竖直面内作圆周运动 若小球通过最高点时 小球恰不受杆的作用力 则小球在最高点的速度是多少 拓展 实例6 管道与球 如图所示 一质量为m的小球 放在一个内壁光滑的封闭管内 使其在竖直面内作圆周运动 r 1 小球做的是什么运动 2 小球在运动过程中 受到哪些力 有哪些力对物体做功 小球的运动过程有什么特点 3 小球能在竖直平面内作圆周运动 必须满足的条件是什么 如图所示 一质量为m的小球 放在一个内壁光滑的封闭管内 使其在竖直面内作圆周运动 r 1 若小球恰好能通过最高点 则小球在最高点的速度是多少 小球的受力情况分别如何 2 若小球在最低点受到管道的力为6mg 则小球在最高点的速度及受到管道的力是多少 轻杆 管道与小球 问题总结 1 小球在竖直面内运动满足什么重要的关系 机械能守恒 2 小球能在竖直面内做圆周运动的条件是什么 小球在最高点时速度不为0 竖直平面内圆周运动的临界问题 由于物体在竖直平面内做圆周运动的依托物 绳 轻杆 轨道 管道等 不同 所以物体恰好通过最高点时临界条件不同 绳 杆 管道 可见 物体在