高中物理第二章匀速圆周运动3圆周运动的实例分析4圆周课件.ppt

1、3圆周运动的实例分析4圆周运动与人类文明(选学)第二章学习目标1.会分析具体圆周运动问题中向心力的来源，能解决生活中的圆周运动问题.2.了解离心运动及物体做离心运动的条件，知道离心运动的应用及危害.3.列举实例，了解圆周运动在人类文明进程中的广泛应用，认识到圆周运动对人类文明发展的重大影响.内容索引重点探究启迪思维 探究重点达标检测检测评价 达标过关自主预习预习新知 夯实基础自主预习一、汽车过拱形桥一、汽车过拱形桥1.受力分析(如图1)2.向心力：F m .3.对桥的压力：N_.4.结论：汽车对桥的压力 汽车的重力，而且汽车速度越大，对桥的压力 .图1mgN小于越小二、二、“旋转秋千旋转秋千”

2、圆锥摆圆锥摆1.物理模型：细线下面悬挂一个钢球，使钢球在 做匀速圆周运动，悬线旋转形成一个圆锥面，这种装置叫圆锥摆.2.向心力来源：由重力和悬线拉力的 提供(如图2).由F合mgtan m2r，rlsin 得：_周期T _.图2某个水平面内合力3.结论：悬线与中心轴的夹角跟“旋转秋千”的角速度和悬线长有关，与所乘坐人的体重 .在悬线长一定的情况下，角速度越大则悬线与中心轴的夹角也 (小于90).三、火车转弯三、火车转弯1.运动特点：火车转弯时实际是在做 运动，因而具有向心加速度，由于其质量巨大，所以需要很大的 力.2.向心力来源(1)若转弯时内外轨一样高，则由 对轮缘的弹力提供向心力，这样铁轨

3、和车轮极易受损.(2)内外轨有高度差，依据规定的行驶速度行驶，转弯时向心力几乎完全由 和 的合力提供.无关越大圆周向心外轨重力G支持力N四、离心运动四、离心运动1.定义：在做圆周运动时，由于合外力提供的向心力 或 ，以致物体沿圆周运动的 方向飞出或 而去的运动叫做离心运动.2.离心机械：利用离心运动的机械叫做离心机械.常见的离心机械有_ 、.消失不足切线远离圆心洗衣机的脱水筒离心机1.判断下列说法的正误.(1)汽车行驶经过凸形桥顶部时，对桥面的压力等于车重.()(2)汽车行驶经过凹形桥底部时，对桥面的压力大于车重.()(3)铁路的弯道处，内轨高于外轨.()(4)火车驶过弯道时，火车对轨道一定没

4、有侧向压力.()(5)做离心运动的物体可以沿半径方向运动.()即即学即学即用用答案2.飞机由俯冲转为拉起的一段轨迹可看成一段圆弧，如图3所示，飞机做俯冲拉起运动时，在最低点附近做半径为r180 m的圆周运动，如果飞行员质量m70 kg，飞机经过最低点P时的速度v360 km/h，则这时飞行员对座椅的压力大小为_.(g取10 m/s2)答案解析 4 589 N图3解析解析飞机经过最低点时，v360 km/h100 m/s.重点探究一、汽车过拱形桥如图4甲、乙为汽车在凸形桥、凹形桥上行驶的示意图，汽车行驶时可以看做圆周运动.(1)如图甲，汽车行驶到拱形桥的桥顶时：什么力提供向心力？汽车对桥面的压力

5、有什么特点？图4导学探究导学探究答案汽车对桥面的压力与车速有什么关系？汽车安全通过拱桥顶(不脱离桥面)行驶的最大速度是多大？答案(2)如图乙当汽车行驶到凹形桥的最底端时，什么力提供向心力？汽车对桥面的压力有什么特点？答案1.汽车过拱形桥汽车过拱形桥(如图5)知识深化知识深化图52.汽车过凹形桥汽车过凹形桥(如图6)图6例例1如图7所示，质量m2.0104 kg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60 m，如果桥面承受的压力不超过3.0105 N，则：(g取10 m/s2)(1)汽车允许的最大速率是多少？答案图7解析 解析解析对汽车受力分析如图，汽车驶至凹形桥面的底

6、部时，合力向上，车对桥面压力最大；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N13.0105 N，根据牛顿第二定律(2)若以所求速率行驶，汽车对桥面的最小压力是多少？答案解析 答案答案1.0105 N解析解析汽车在凸形桥顶部时，由牛顿第二定律得由牛顿第三定律得，在凸形桥顶部汽车对桥面的压力为1.0105 N，此即最小压力.二、“旋转秋千”“旋转秋千”的运动可简化为圆锥摆模型(如图8所示)，当小球在水平面内做匀速圆周运动时，回答下列问题：(1)小球受到几个力的作用？什么力提供小球做圆周运动的向心力？图8导学探究导学探究答案

7、答案答案受重力和绳子的拉力两个力的作用；绳子的拉力和重力的合力提供小球做圆周运动的向心力.(2)“旋转秋千”缆绳与中心轴的夹角与什么有关(设人的质量为m，角速度为，绳长为l)?答案答案答案如图所示，设缆绳与中心轴的夹角为，匀速圆周运动的半径为rF合mgtan rlsin 由牛顿第二定律得F合m2r以上三式联立得由此可以看出，缆绳与中心轴的夹角跟“旋转秋千”的角速度和绳长有关，而与所乘坐人的体重无关.如图9所示：(1)转动平面：水平面.(2)向心力：F合mgtan.(3)圆周运动的半径：rlsin.(4)动力学方程：mgtan m2lsin.知识深化知识深化图9(6)特点：悬绳与中心轴的夹角跟角

8、速度和绳长有关，与球的重量无关，在绳长一定的情况下，角速度越大，绳与中心轴的夹角也越大.例例2如图10所示，已知绳长为L20 cm，水平杆长为L0.1 m，小球质量m0.3 kg，整个装置可绕竖直轴转动.g取10 m/s2，要使绳子与竖直方向成45角，则：(小数点后保留两位)(1)该装置必须以多大的角速度转动才行？答案解析 答案答案6.44 rad/s图10解析解析小球绕竖直轴做圆周运动，其轨道平面在水平面内，轨道半径rLLsin 45.对小球受力分析如图所示，设绳对小球的拉力为T，小球重力为mg，则绳的拉力与重力的合力提供小球做圆周运动的向心力.对小球利用牛顿第二定律可得：mgtan 45m

9、2r rLLsin 45 联立两式，将数值代入可得6.44 rad/s(2)此时绳子的张力为多大？答案解析 答案答案4.24 N.1.解答有关匀速圆周运动问题的一般方法步骤：(1)确定研究对象、轨迹圆周(含圆心、半径和轨道平面).(2)受力分析，确定向心力的大小(合成法、正交分解法等).(3)根据向心力公式列方程，必要时列出其他相关方程.(4)统一单位，代入数据计算，求出结果或进行讨论.规律总结规律总结2.几种常见的匀速圆周运动实例图形受力分析力的分解方法满足的方程及向心加速度或mgtan m2lsin agtan 或mgtan mr2agtan 或mgtan mr2agtan a2r三、火车

10、转弯设火车转弯时的运动为匀速圆周运动.(1)如果铁路弯道的内外轨一样高，火车在转弯时的向心力由什么力提供？会导致怎样的后果？导学探究导学探究答案答案答案如果铁路弯道的内外轨一样高，火车在竖直方向所受重力与支持力平衡，其向心力由外侧车轮的轮缘挤压外轨，使外轨发生弹性形变，对轮缘产生的弹力来提供(如图甲)；由于火车的质量太大，轮缘与外轨间的相互作用力太大，会使铁轨和车轮极易受损.(2)实际上在铁路的弯道处外轨略高于内轨，试从向心力的来源分析这样做有怎样的优点.答案答案答案如果弯道处外轨略高于内轨，火车在转弯时铁轨对火车的支持力N的方向不再是竖直的，而是斜向弯道的内侧，它与重力G的合力指向圆心，为火

11、车转弯提供一部分向心力(如图乙)，从而减轻轮缘与外轨的挤压.(3)当轨道平面与水平面之间的夹角为，转弯半径为R时，火车行驶速度多大轨道才不受挤压？答案答案答案火车受力如图丙所示，则答案知识深化知识深化图112.速度与轨道压力的关系：速度与轨道压力的关系：(1)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.(2)当火车行驶速度vv0时，外轨道对轮缘有侧压力.(3)当火车行驶速度vm)，它们与圆盘之间的最大静摩擦力均为正压力的倍，两物体用一根长为L(LR)的轻绳连在一起.如图17所示，若将甲物体放在转轴的位置上，甲、乙之间连线刚好沿半径方向被拉直，要使两物体与圆盘不发生相对滑动，则圆盘旋转的角速度最大不得超过(两物体均看做质点)答案解析 12345图17123455.(圆锥摆圆锥摆)长为L的细线，拴一质量为m的小球，细线上端固定，让小球在水平面内做匀速圆周运动，如图18所示，求细线与竖直方向成角时：(重力加速度为g)(1)细线中的拉力大小.答案解析 12345图18解析解析小球受重力及细线的拉力两力作用，如图所示，竖直方向Tcos mg，故拉力T(2)小球运动的线速度的大小.答案解析 12345解析解析小球做圆周运动的半径rLsin，向心力FTsin mgtan，