《2018-2019學(xué)年高中物理 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(選學(xué))課件 教科版必修2.ppt》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2018-2019學(xué)年高中物理 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(選學(xué))課件 教科版必修2.ppt（56頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、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(選學(xué)),第二章,學(xué)習(xí)目標(biāo),1.會(huì)分析具體圓周運(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.了解離心運(yùn)動(dòng)及物體做離心運(yùn)動(dòng)的條件，知道離心運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用及危害. 3.列舉實(shí)例，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)到圓周運(yùn)動(dòng)對(duì)人類文明發(fā)展的重大影響.,內(nèi)容索引,重點(diǎn)探究 啟迪思維 探究重點(diǎn),達(dá)標(biāo)檢測(cè) 檢測(cè)評(píng)價(jià) 達(dá)標(biāo)過關(guān),自主預(yù)習(xí) 預(yù)習(xí)新知 夯實(shí)基礎(chǔ),自主預(yù)習(xí),一、汽車過拱形橋 1.受力分析(如圖1) 2.向心力：F m . 3.對(duì)橋的壓力：N_. 4.結(jié)論：汽車對(duì)橋的壓力 汽車的重力，而且汽車速度越大，對(duì)橋的壓力 .,圖1,mgN,小于,越

2、小,二、“旋轉(zhuǎn)秋千”圓錐擺 1.物理模型：細(xì)線下面懸掛一個(gè)鋼球，使鋼球在 做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，懸線旋轉(zhuǎn)形成一個(gè)圓錐面，這種裝置叫圓錐擺. 2.向心力來源：由重力和懸線拉力的 提供(如圖2). 由F合mgtan m2r，rlsin 得：_ 周期T _.,圖2,某個(gè)水平面內(nèi),合力,3.結(jié)論：懸線與中心軸的夾角跟“旋轉(zhuǎn)秋千”的角速度和懸線長(zhǎng)有關(guān)，與所乘坐人的體重 .在懸線長(zhǎng)一定的情況下，角速度越大則懸線與中心軸的夾角也 (小于90). 三、火車轉(zhuǎn)彎 1.運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)：火車轉(zhuǎn)彎時(shí)實(shí)際是在做 運(yùn)動(dòng)，因而具有向心加速度，由于其質(zhì)量巨大，所以需要很大的 力. 2.向心力來源 (1)若轉(zhuǎn)彎時(shí)內(nèi)外軌一樣高，則由 對(duì)輪緣

3、的彈力提供向心力，這樣鐵軌和車輪極易受損. (2)內(nèi)外軌有高度差，依據(jù)規(guī)定的行駛速度行駛，轉(zhuǎn)彎時(shí)向心力幾乎完全由 和 的合力提供.,無關(guān),越大,圓周,向心,外軌,重力G,支持力N,四、離心運(yùn)動(dòng) 1.定義：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 方向飛出或 而去的運(yùn)動(dòng)叫做離心運(yùn)動(dòng). 2.離心機(jī)械：利用離心運(yùn)動(dòng)的機(jī)械叫做離心機(jī)械.常見的離心機(jī)械有_ 、 .,消失,不足,切線,遠(yuǎn)離圓心,洗衣,機(jī)的脫水筒,離心機(jī),1.判斷下列說法的正誤. (1)汽車行駛經(jīng)過凸形橋頂部時(shí)，對(duì)橋面的壓力等于車重.( ) (2)汽車行駛經(jīng)過凹形橋底部時(shí)，對(duì)橋面的壓力大于車重.( ) (3)鐵路的

4、彎道處，內(nèi)軌高于外軌.( ) (4)火車駛過彎道時(shí)，火車對(duì)軌道一定沒有側(cè)向壓力.( ) (5)做離心運(yùn)動(dòng)的物體可以沿半徑方向運(yùn)動(dòng).( ),即學(xué)即用,答案,2.飛機(jī)由俯沖轉(zhuǎn)為拉起的一段軌跡可看成一段圓弧，如圖3所示，飛機(jī)做俯沖拉起運(yùn)動(dòng)時(shí)，在最低點(diǎn)附近做半徑為r180 m的圓周運(yùn)動(dòng)，如果飛行員質(zhì)量m70 kg，飛機(jī)經(jīng)過最低點(diǎn)P時(shí)的速度v360 km/h，則這時(shí)飛行員對(duì)座椅的壓力大小為_.(g取10 m/s2),答案,解析,4 589 N,圖3,解析飛機(jī)經(jīng)過最低點(diǎn)時(shí)，v360 km/h100 m/s.,重點(diǎn)探究,一、汽車過拱形橋,如圖4甲、乙為汽車在凸形橋、凹形橋上行駛的示意圖，汽車行駛時(shí)可以看做圓

5、周運(yùn)動(dòng). (1)如圖甲，汽車行駛到拱形橋的橋頂時(shí)： 什么力提供向心力？汽車對(duì)橋面的壓力有什么特點(diǎn)？,圖4,導(dǎo)學(xué)探究,答案,汽車對(duì)橋面的壓力與車速有什么關(guān)系？汽車安全通過拱橋頂(不脫離橋面)行駛的最大速度是多大？,答案,(2)如圖乙當(dāng)汽車行駛到凹形橋的最底端時(shí)，什么力提供向心力？汽車對(duì)橋面的壓力有什么特點(diǎn)？,答案,1.汽車過拱形橋(如圖5),知識(shí)深化,圖5,2.汽車過凹形橋(如圖6),圖6,例1如圖7所示，質(zhì)量m2.0104 kg的汽車以不變的速率先后駛過凹形橋面和凸形橋面，兩橋面的圓弧半徑均為60 m，如果橋面承受的壓力不超過3.0105 N，則：(g取10 m/s2) (1)汽車允許的最大速

6、率是多少？,答案,圖7,解析,解析對(duì)汽車受力分析如圖，汽車駛至凹形橋面的底部時(shí)，合力向上，車對(duì)橋面壓力最大；汽車駛至凸形橋面的頂部時(shí)，合力向下，車對(duì)橋面的壓力最小. 汽車在凹形橋的底部時(shí)，由牛頓第三定律可知，橋面對(duì)汽車的支持力N13.0105 N，根據(jù)牛頓第二定律,(2)若以所求速率行駛，汽車對(duì)橋面的最小壓力是多少？,答案,解析,答案1.0105 N,解析汽車在凸形橋頂部時(shí)，由牛頓第二定律得,由牛頓第三定律得，在凸形橋頂部汽車對(duì)橋面的壓力為1.0105 N，此即最小壓力.,二、“旋轉(zhuǎn)秋千”,“旋轉(zhuǎn)秋千”的運(yùn)動(dòng)可簡(jiǎn)化為圓錐擺模型(如圖8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： (

7、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？,圖8,導(dǎo)學(xué)探究,答案,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.,(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(zhǎng)為l)?,答案,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r F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(zhǎng)有關(guān)，而與所乘坐人的體重?zé)o關(guān).,如圖9所示： (1)轉(zhuǎn)動(dòng)平面：水平面. (2)向心力：F合mgtan . (3)圓周運(yùn)動(dòng)的半徑：rlsi

8、n . (4)動(dòng)力學(xué)方程：mgtan m2lsin .,知識(shí)深化,圖9,(6)特點(diǎn)：懸繩與中心軸的夾角跟角速度和繩長(zhǎng)有關(guān)，與球的重量無關(guān)，在繩長(zhǎng)一定的情況下，角速度越大，繩與中心軸的夾角也越大.,例2如圖10所示，已知繩長(zhǎng)為L(zhǎng)20 cm，水平桿長(zhǎng)為L(zhǎng)0.1 m，小球質(zhì)量m0.3 kg，整個(gè)裝置可繞豎直軸轉(zhuǎn)動(dòng).g取10 m/s2，要使繩子與豎直方向成45角，則：(小數(shù)點(diǎn)后保留兩位) (1)該裝置必須以多大的角速度轉(zhuǎn)動(dòng)才行？,答案,解析,答案6.44 rad/s,圖10,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)小球的拉力為T，

9、小球重力為mg，則繩的拉力與重力 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 45m2r rLLsin 45 聯(lián)立兩式，將數(shù)值代入可得6.44 rad/s,(2)此時(shí)繩子的張力為多大？,答案,解析,答案4.24 N.,1.解答有關(guān)勻速圓周運(yùn)動(dòng)問題的一般方法步驟： (1)確定研究對(duì)象、軌跡圓周(含圓心、半徑和軌道平面). (2)受力分析，確定向心力的大小(合成法、正交分解法等). (3)根據(jù)向心力公式列方程，必要時(shí)列出其他相關(guān)方程. (4)統(tǒng)一單位，代入數(shù)據(jù)計(jì)算，求出結(jié)果或進(jìn)行討論.,2.幾種常見的勻速圓周運(yùn)動(dòng)實(shí)例,三、火車轉(zhuǎn)彎,設(shè)火車轉(zhuǎn)彎時(shí)的運(yùn)動(dòng)為勻速圓周運(yùn)動(dòng)

10、. (1)如果鐵路彎道的內(nèi)外軌一樣高，火車在轉(zhuǎn)彎時(shí)的向心力由什么力提供？會(huì)導(dǎo)致怎樣的后果？,導(dǎo)學(xué)探究,答案,答案如果鐵路彎道的內(nèi)外軌一樣高，火車在豎直方向所受重力與支持力平衡，其向心力由外側(cè)車輪的輪緣擠壓外軌，使外軌發(fā)生彈性形變，對(duì)輪緣產(chǎn)生的彈力來提供(如圖甲)；由于火車的質(zhì)量太大，輪緣與外軌間的相互作用力太大，會(huì)使鐵軌和車輪極易受損.,(2)實(shí)際上在鐵路的彎道處外軌略高于內(nèi)軌，試從向心力的來源分析這樣做有怎樣的優(yōu)點(diǎn).,答案,答案如果彎道處外軌略高于內(nèi)軌，火車在轉(zhuǎn)彎時(shí)鐵軌對(duì) 火車的支持力N的方向不再是豎直的，而是斜向彎道的內(nèi) 側(cè)，它與重力G的合力指向圓心，為火車轉(zhuǎn)彎提供一部分 向心力(如圖乙)

11、，從而減輕輪緣與外軌的擠壓.,(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,答案火車受力如圖丙所示，則,答案,知識(shí)深化,圖11,2.速度與軌道壓力的關(guān)系： (1)當(dāng)火車行駛速度v等于規(guī)定速度v0時(shí)，所需向心力僅由重力和彈力的合力提供，此時(shí)內(nèi)外軌道對(duì)火車無擠壓作用. (2)當(dāng)火車行駛速度vv0時(shí)，外軌道對(duì)輪緣有側(cè)壓力. (3)當(dāng)火車行駛速度vv0時(shí)，內(nèi)軌道對(duì)輪緣有側(cè)壓力.,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12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

12、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,答案,解析,圖12,火車轉(zhuǎn)彎問題的解題策略 1.對(duì)火車轉(zhuǎn)彎問題一定要搞清合力的方向，指向圓心方向的合外力提供火車做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，方向指向水平面內(nèi)的圓心. 2.彎道處兩軌在同一水平面上時(shí)，向心力由外軌對(duì)輪緣的彈力提供. 3.當(dāng)外軌高于內(nèi)軌時(shí)，向心力由火車的重力和鐵軌的支持力以及內(nèi)、外軌對(duì)輪緣的彈力的合力提供；當(dāng)火車速度以規(guī)定速度行駛時(shí)，內(nèi)、外軌對(duì)輪緣的彈力為零.,四、離心運(yùn)動(dòng),1.做圓周運(yùn)動(dòng)的物體向心力突然消失，它會(huì)怎樣運(yùn)動(dòng)？ 2.如果物體受的合外力不足以提供向心力，它又會(huì)怎樣運(yùn)動(dòng)？,導(dǎo)學(xué)探究,答案

13、,答案將沿切線方向飛出.,答案物體將逐漸遠(yuǎn)離圓心運(yùn)動(dòng).,3.要使原來做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體做離心運(yùn)動(dòng)，可以怎么辦？舉例說明離心運(yùn)動(dòng)在生活中的應(yīng)用.,答案,答案方法一：提高轉(zhuǎn)速，使所需的向心力大于能提供的向心力.即讓合外力不足以提供向心力. 方法二：減小或使合外力消失. 應(yīng)用：利用離心運(yùn)動(dòng)制成離心機(jī)械設(shè)備.例如，離心干燥器、洗衣機(jī)的脫水筒和離心轉(zhuǎn)速計(jì)等.,對(duì)離心現(xiàn)象的理解 (1)物體做離心運(yùn)動(dòng)的原因：提供向心力的外力突然消失，或者外力不能提供足夠的向心力. 注意物體做離心運(yùn)動(dòng)并不是物體受到離心力作用，而是由于外力不能提供足夠的向心力.所謂“離心力”實(shí)際上并不存在.,知識(shí)深化,(2)合外力與向心力的

14、關(guān)系(如圖13所示).,圖13,若F合0，則物體做直線運(yùn)動(dòng).,例4如圖14所示是摩托車比賽轉(zhuǎn)彎時(shí)的情形，轉(zhuǎn)彎處路面常是外高內(nèi)低，摩托車轉(zhuǎn)彎有一個(gè)最大安全速度，若超過此速度，摩托車將發(fā)生滑動(dòng).關(guān)于摩托車滑動(dòng)的問題，下列論述正確的是 A.摩托車一直受到沿半徑方向向外的離心力作用 B.摩托車所受外力的合力小于所需的向心力 C.摩托車將沿其線速度的方向沿直線滑去 D.摩托車將沿其半徑方向沿直線滑去,答案,解析,圖14,解析摩托車只受重力、地面支持力和地面的摩擦力作用，沒有離心力，A項(xiàng)錯(cuò)誤； 摩托車正常轉(zhuǎn)彎時(shí)可看成勻速圓周運(yùn)動(dòng)，所受的合力等于向心力，如果向外滑動(dòng)，說明提供的向心力即合力小于需要的向心力，

15、B項(xiàng)正確； 摩托車將在沿線速度方向與半徑向外的方向之間做離心曲線運(yùn)動(dòng)，C、D項(xiàng)錯(cuò)誤.,達(dá)標(biāo)檢測(cè),1.(火車轉(zhuǎn)彎問題)(多選)全國(guó)鐵路大面積提速，給人們的生活帶來便利.火車轉(zhuǎn)彎可以看成是在水平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，火車速度提高會(huì)使外軌受損.為解決火車高速轉(zhuǎn)彎時(shí)外軌受損這一難題，以下措施可行的是 A.適當(dāng)減小內(nèi)外軌的高度差B.適當(dāng)增加內(nèi)外軌的高度差 C.適當(dāng)減小彎道半徑D.適當(dāng)增大彎道半徑,答案,解析,1,2,3,4,5,解析設(shè)火車軌道平面的傾角為時(shí)，火車轉(zhuǎn)彎時(shí)內(nèi)、外軌均不受損，根據(jù)牛頓第二定律有mgtan m ，解得v ，所以，為解決火車高速轉(zhuǎn)彎時(shí)外軌受損這一難題，可行的措施是適當(dāng)增大傾角(即適當(dāng)

16、增加內(nèi)外軌的高度差)和適當(dāng)增大彎道半徑r.,2.(汽車過拱形橋)在較大的平直木板上相隔一定距離釘幾個(gè)釘子，將三合板彎曲成拱橋形卡入釘子內(nèi)形成拱形橋，三合板上表面事先鋪上一層牛仔布以增大摩擦，這樣玩具慣性車就可以在橋面上跑起來了.把這套系統(tǒng)放在電子秤上做實(shí)驗(yàn)，如圖15所示，關(guān)于實(shí)驗(yàn)中電子秤的示數(shù)下列說法正確的是 A.玩具車靜止在拱橋頂端時(shí)的示數(shù)小一些 B.玩具車運(yùn)動(dòng)通過拱橋頂端時(shí)的示數(shù)大一些 C.玩具車運(yùn)動(dòng)通過拱橋頂端時(shí)處于超重狀態(tài) D.玩具車運(yùn)動(dòng)通過拱橋頂端時(shí)速度越大(未離開拱橋)，示數(shù)越小,答案,解析,1,2,3,4,5,圖15,1,2,3,4,5,3.(離心運(yùn)動(dòng))在水平公路上行駛的汽車，當(dāng)

17、汽車以速度v運(yùn)動(dòng)時(shí)，車輪與路面間的最大靜摩擦力恰好等于汽車轉(zhuǎn)彎所需要的向心力，汽車沿如圖16所示的圓形路徑(虛線)運(yùn)動(dòng).如果汽車轉(zhuǎn)彎速度大于v，則汽車最有可能沿哪條路徑運(yùn)動(dòng)？ A. B. C. D.,答案,圖16,1,2,3,4,5,4.(圓周運(yùn)動(dòng)的臨界問題)一圓盤可以繞其豎直軸在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，圓盤半徑為R，甲、乙兩物體質(zhì)量分別為M和m(Mm)，它們與圓盤之間的最大靜摩擦力均為正壓力的倍，兩物體用一根長(zhǎng)為L(zhǎng)(LR)的輕繩連在一起.如圖17所示，若將甲物體放在轉(zhuǎn)軸的位置上，甲、乙之間連線剛好沿半徑方向被拉直，要使兩物體與圓盤不發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，則圓盤旋轉(zhuǎn)的角速度最大不得超過(兩物體均看做質(zhì)點(diǎn)),答案,解析,1,2,3,4,5,圖17,1,2,3,4,5,5.(圓錐擺)長(zhǎng)為L(zhǎng)的細(xì)線，拴一質(zhì)量為m的小球，細(xì)線上端 固定，讓小球在水平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，如圖18所示， 求細(xì)線與豎直方向成角時(shí)：(重力加速度為g) (1)細(xì)線中的拉力大小.,答案,解析,1,2,3,4,5,圖18,解析小球受重力及細(xì)線的拉力兩力作用，如圖所示，豎直方向Tcos mg，故拉力T,(2)小球運(yùn)動(dòng)的線速度的大小.,答案,解析,1,2,3,4,5,解析小球做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑rLsin ， 向心力FTsin mgtan ，,