【物理】生活中的圆周运动课时2课件 2024-2025学年高一下学期物理人教版（2019）必修第二册

第六章

圆周运动第4节

生活中的圆周运动课时2竖直面内的圆周运动过山车水流星表演思考：过山车和水流星要通过最高点，需要满足什么条件？1.理解竖直面内圆周运动的物体其受力特点和运动规律，能准确对最高点和最低点列出动力学方程。2.会分析绳模型、杆模型中最高点处弹力的临界问题，明确各模型中过最高点的条件。3.体会牛顿运动定律在圆周运动问题中的应用。竖直面内圆周运动的两类典型模型

1.两类典型模型——轻绳模型、轻杆模型在竖直平面内做圆周运动的物体,按运动至轨道最高点时的受力情况可分为两类:一是无支撑的(如球与绳连接,沿内轨道运动的“过山车”等),称为“轻绳模型”;二是有支撑的(如球与杆连接,小球在弯管内运动等),称为“轻杆模型”。2.在最高点时绳、杆、环、管的临界情况分析类型一：轻绳模型①情景图示②弹力特征:在最高点无支撑,弹力可能向下,也可能等于零③受力示意图：FN向下FN等于零④力学特征：mg+FN=m

向心力的取值范围？⑤临界特征：FN=0,vmin=

⑥过最高点条件：v≥

mgFNmgFTFN-mg＝mFT-mg＝m⑦最低点受力情况：类型二：轻杆模型①情景图示②弹力特征:在最高点有支撑，弹力可能向下,可能向上,也可能等于零。FN向下FN为零FN向上③受力示意图：④力学特征：mg±FN=m

向心力的取值范围？⑤临界特征：竖直向上的支持力FN=mg,vmin=0⑥过最高点条件：v≥0⑦速度和弹力关系讨论分析：(1)当v=0时,FN=mg,FN为支持力,沿半径背离圆心;(2)当0<v<

时,mg-FN=m

,FN沿半径背离圆心,随v的增大而减小;(3)当v=

时,FN=0;(4)当v>

时,FN+mg=m

,FN沿半径指向圆心,并随v的增大而增大mgFNmgFT在最低点轻杆（外壁）只能起到拉的（支持）的作用。⑧最低点的受力情况：FN-mg＝mFT-mg＝m科学思维——竖直面内圆周运动的解题思路1.如图所示，甲、乙、丙、丁是游乐场中比较常见的过山车，甲、乙两圈的轨道车在轨道的外侧做圆周运动，丙、丁两图的轨道车在轨道的内侧做圆周运动，两种过山车都有安全锁（由上、下、侧三个轮子组成把轨道车套在了轨道上，四个图中轨道的半径都为R，下列说法正确的是（）A．甲图中，当轨道车以一定的速度通过轨道最高点时，座椅一定给游客向上的力B．乙图中，当轨道车以一定的速度通过轨道最低点时，安全带一定给游客向上的力C．丙图中，当轨道车以一定的速度通过轨道最低点时，座椅给人的力一定小于重力D．丁图中，若轨道车过最高点的速度大于，安全带一定给游客向上的力B2.（多选）如图所示，小球在竖直放置的光滑圆形管道内做圆周运动，内侧壁半径为R，小球半径为r，重力加速度为g。下列说法正确的是（）A．小球通过最高点时的最小速度B．小球通过最高点时的最小速度C．小球在水平线ab以下的管道中运动时，内侧管壁对小球一定有作用力D．小球在水平线ab以下的管道中运动时，外侧管壁对小球一定有作用力BD3.如图甲所示，用一轻质绳拴着一质量为m的小球，在竖直平面内做圆周运动（不计一切阻力），小球运动到最高点时绳对小球的拉力为FT，小球在最高点的速度大小为v，其FT-v2图像如图乙所示，则（）A．数据a与小球的质量无关B．当地的重力加速度为C．当v2＝c时，轻质绳的拉力大小为D．当v2＝2b时，小球受到的拉力与重力大小相等D4.小明同学站在水平地面上，手握不可伸长的轻绳一端，绳的另一端系有质量为m=100g的小球（大小不计），甩动手腕，使球在竖直平面内做圆周运动。当球在某次运动到最低点时，绳怡好达到所能承受的最大拉力F而断掉，球飞行水平距离s后恰好无碰撤地落在邻近的一倾角为α=53°的光滑固定斜面体上并沿斜面下滑。已知斜面体顶端与小球做圆周运动最低点的高度差h=0.8m，绳长r=0.3m，重力加速度g取10m/s2，sin53°=0.8，cos53°=0.6。求：（1）绳断时小球的速度大小v1和小球在圆周最低点与斜面体的水平距离s；（2）绳能承受的最大拉力F的大小。物理情景最高点