2018_2019学年高中物理圆周运动第二节第3课时生活中的向心力课件粤教版.pptx

1、第3课时生活中的向心力,第二章第二节向心力,内容索引,达标检测检测评价达标过关,自主预习预习新知夯实基础,重点探究启迪思维探究重点,自主预习,1.汽车转弯,2.荡秋千通过最低点时：底座对人的与人的重力的合力提供向心力，即m.3.汽车通过拱桥顶部时：桥面对汽车的支持力FN与汽车的重力的合力提供向心力，即m.4.人坐过山车通过最高点时：座位对人的支持力FN和人的重力的合力提供向心力，即m.,支持力,FNmg,mgFN,FNmg,即学即用1.判断下列说法的正误.(1)高速公路的弯道处，内轨高于外轨.()(2)汽车行驶至凸形桥顶部时，对桥面的压力等于车重.()(3)汽车行驶至凹形桥底部时，对桥面的压力

2、大于车的重力.(),答案,2.飞机由俯冲转为拉起的一段轨迹可看成一段圆弧，如图1所示，飞机做俯冲拉起运动时，在最低点附近做半径为r180m的圆周运动，如果飞行员质量m70kg，飞机经过最低点P时的速度v360km/h，则这时飞行员对座椅的压力大小约为_.(g取10m/s2),4589N,答案,解析,图1,重点探究,1.物体做匀速圆周运动的条件：合外力大小不变，方向始终与线速度方向垂直且指向圆心.2.汽车在水平公路上转弯：车轮与路面间的静摩擦力f提供向心力，即fm.3.汽车在倾斜的路面上转弯：若重力和路面的支持力的合力完全提供向心力，此时汽车不受侧向的摩擦力，则有mgtanm.由此可知：车速越快

3、，弯道半径越小，汽车需要的向心力越大，倾斜的角度也越大.,一、汽车转弯问题,4.火车转弯问题(1)弯道的特点：在实际的火车转弯处，外轨高于内轨，若火车转弯所需的向心力完全由重力和支持力的合力提供，即mgtanm，如图2所示，则v0，其中R为弯道半径，为轨道平面与水平面间的夹角，v0为转弯处的规定速度.,图2,(2)速度与轨道压力的关系当火车行驶速度v等于规定速度v0时，所需向心力仅由重力和弹力的合力提供，此时内外轨道对火车无挤压作用.当火车行驶速度vv0时，外轨道对轮缘有侧压力.当火车行驶速度vv0时，内轨道对轮缘有侧压力.,例1为获得汽车行驶各项参数，汽车测试场内有各种不同形式的轨道.如图3

4、所示，在某外高内低的弯道测试路段汽车向左拐弯，汽车的运动可看成做半径为R的圆周运动.设内外路面高度差为h，路基的水平宽度为d，路面的宽度为L.已知重力加速度为g.要使车轮与路面之间垂直前进方向的摩擦力等于零，则汽车转弯时的车速应等于,答案,解析,图3,针对训练1(多选)公路急转弯处通常是交通事故多发地带.如图4，某公路急转弯处是一圆弧，当汽车行驶的速率为v0时，汽车恰好没有向公路内外两侧滑动的趋势.则在该弯道处A.路面外侧高、内侧低B.车速只要低于v0，车辆便会向内侧滑动C.车速虽然高于v0，但只要不超出某一最高限度，车辆便不会向外侧滑动D.当路面结冰时，与未结冰时相比，v0的值变小,答案,图

5、4,解析,解析当汽车行驶的速率为v0时，汽车恰好没有向公路内外两侧滑动的趋势，即不受静摩擦力，此时由重力和支持力的合力提供向心力，所以路面外侧高、内侧低，选项A正确；当车速低于v0时，需要的向心力小于重力和支持力的合力，汽车有向内侧运动的趋势，受到的静摩擦力向外侧，并不一定会向内侧滑动，选项B错误；当车速高于v0时，需要的向心力大于重力和支持力的合力，汽车有向外侧运动的趋势，静摩擦力向内侧，速度越大，静摩擦力越大，只有静摩擦力达到最大以后，车辆才会向外侧滑动，选项C正确；由mgtanm可知，v0的值只与路面与水平面的夹角和弯道的半径有关，与路面的粗糙程度无关，选项D错误.,1.圆锥摆结构和运动

6、模型如图5所示，一根不可伸长的绳，一端固定在O点，另一端拴一小球(可视为质点)，给小球一水平初速度，不计空气阻力，小球在水平面内做匀速圆周运动.,二、圆锥摆模型及其拓展,图5,2.向心力来源(1)可认为绳子对小球的拉力和小球的重力的合力提供向心力.(2)也可认为是绳子拉力在水平方向的分力提供向心力.3.动力学方程及线速度、角速度与绳长的关系,图6,如图6所示，设小球的质量为m，绳与竖直方向的夹角为，绳长为l，则小球做圆周运动的半径为rlsin.由牛顿第二定律得mgtanm或mgtanm2r.,4.拓展(1)“飞车走壁”(光滑漏斗上小球的运动)(如图7)；(2)飞机在水平面内做匀速圆周运动(如图

7、8)；(3)火车转弯(如图9).,图7图8图9,例2长为L的细线，一端固定于O点，另一端拴一质量为m的小球，让其在水平面内做匀速圆周运动(这种运动通常称为圆锥摆运动)，如图10所示，摆线与竖直方向的夹角为，求：(1)线的拉力大小；,图10,解析对小球受力分析如图所示，小球受重力mg和线的拉力FT作用，这两个力的合力mgtan指向圆心，提供向心力，由受力分析可知，,答案,解析,(2)小球运动的线速度的大小；,答案,解析,(3)小球运动的周期.,半径RLsin，,圆锥摆模型是典型的匀速圆周运动，从圆锥摆模型可以看出匀速圆周运动问题的解题思路：(1)知道物体做圆周运动轨道所在的平面，明确圆心和半径是

8、解题的一个关键环节.(2)分析清楚向心力的来源，明确向心力是由什么力提供的.(3)根据线速度、角速度的特点，选择合适的公式列式求解.,针对训练2如图11所示，固定的锥形漏斗内壁是光滑的，内壁上有两个质量相等的小球A和B，在各自不同的水平面内做匀速圆周运动，以下物理量大小关系正确的是A.线速度vAvBB.角速度ABC.向心力FAFBD.向心加速度aAaB,答案,解析,图11,1.汽车过拱形桥(如图12),三、汽车过桥问题,图12,说明：汽车通过拱形桥的最高点时，向心加速度向下，汽车对桥的压力小于其自身的重力，而且车速越大，压力越小，此时汽车处于失重状态.,2.汽车过凹形桥(如图13),说明：汽车

9、通过凹形桥的最低点时，向心加速度向上，而且车速越大，压力越大，此时汽车处于超重状态.由于汽车对桥面的压力大于其自身重力，故凹形桥易被压垮，因而实际中拱形桥多于凹形桥.,图13,例3如图14所示，质量m2.0104kg的汽车以不变的速率先后驶过凹形桥面和凸形桥面，两桥面的圆弧半径均为60m，如果桥面承受的压力不超过3.0105N，则：(g取10m/s2)(1)汽车允许的最大速率是多少？,图14,答案,解析,解析汽车驶至凹形桥面的底部时，合力向上，车对桥面的压力最大；汽车驶至凸形桥面的顶部时，合力向下，车对桥面的压力最小.汽车在凹形桥的底部时，由牛顿第三定律可知，桥面对汽车的支持力FN13.010

10、5N，,(2)若以所求速率行驶，汽车对桥面的最小压力是多少？,解析汽车在凸形桥顶部时，由牛顿第二定律得,答案,解析,答案1.0105N,由牛顿第三定律得，在凸形桥顶部汽车对桥面的压力为1.0105N，此即最小压力.,针对训练3在较大的平直木板上相隔一定距离钉几个钉子，将三合板弯曲成拱桥形卡入钉子内形成拱形桥，三合板上表面事先铺上一层牛仔布以增大摩擦，这样玩具惯性车就可以在桥面上跑起来了.把这套系统放在电子秤上做实验，如图15所示，关于实验中电子秤的示数，下列说法正确的是A.玩具车静止在拱形桥顶端时的示数小一些B.玩具车运动通过拱形桥顶端时的示数大一些C.玩具车运动通过拱形桥顶端时处于超重状态D

11、.玩具车运动通过拱形桥顶端时速度越大(未离开拱形桥)，示数越小,图15,答案,解析,达标检测,1,2,3,1.(火车转弯问题)(多选)全国铁路大面积提速，给人们的生活带来便利.火车转弯可以看成是在水平面内做匀速圆周运动，火车速度提高会使外轨受损.为解决火车高速转弯时外轨受损这一难题，以下措施可行的是A.适当减小内外轨的高度差B.适当增加内外轨的高度差C.适当减小弯道半径D.适当增大弯道半径,答案,解析,1,2,3,1,2,3,2.(汽车过桥问题)如图16所示，质量为1t的汽车驶上一个半径为50m的圆形拱桥，当它到达桥顶(A点)时的速度为5m/s，此时汽车对桥面的压力大小为_N.此时汽车处于_(填“超重”或“失重”)状态.若汽车接下去行驶遇到一段水平路面和凹形桥面，则在A、B、C三点中，司机为防止爆胎，需要在到达_(填“A”“B”或“C”)点前提前减速；为了防止汽车腾空离地，需要在到达_(填“A”“B”或“C”)点前提前减速.(g10m/s2),答案,图16,9500,失重,C,A,3.(圆锥摆问题分析)如图17所示，已知绳长为L20cm，水平杆长为L0.1m，小球质量m0.3kg，整个装置可绕竖直轴转动.g取10m/s2，问：(结果保留两位小数),1,2,3,图17,答案,(1)要使绳子与竖直方向成45角，该装置必须以多大的角