2012高考總復(fù)習(xí)物理課件14生活中的圓周運動離心現(xiàn)象.pptVIP

,1,課時14 生活中的圓周運動 離心現(xiàn)象,2,考點一 火車轉(zhuǎn)彎運動的力學(xué)分析 基礎(chǔ)梳理 圖1,3,4,(1)當(dāng)火車行駛速率v等于v規(guī)定時，F(xiàn)向F合，內(nèi)外軌對輪緣沒有壓力； (2)當(dāng)火車行駛速度v大于v規(guī)定時，F(xiàn)向F合，外軌受到側(cè)向擠壓的力(這時向心力增大，外軌提供一部分力)； (3)當(dāng)火車行駛速度v小于v規(guī)定時，F(xiàn)向F合，內(nèi)軌受到側(cè)向擠壓的力(這時向心力減小，內(nèi)軌提供一部分力),5,考點二 汽車在拱形橋上運動的力學(xué)分析 基礎(chǔ)梳理 圖2 汽車以速度v過半徑為R的弧形(凸或凹)橋時，在最高點(或最低點)處，由重力mg和橋面支持力FN的合力提供向心力,6,7,圖3,8,疑難詳析 1如果物體從豎直曲面的內(nèi)側(cè)通過最高點時，情況如何？ 圖4,9,如圖4所示，從豎直曲面的內(nèi)側(cè)通過最高點的物體受到重力Gmg、曲面的內(nèi)側(cè)對物體的支持力F的作用，其動力學(xué)方程是GF m ，即Fm mg. 若要維持物體做圓周運動，則需滿足F0，即v 因此， 是物體運動到最高點的最小速度如翻滾過山車必須大于某一速度才能安全通過內(nèi)軌道的最高點，正是這個道理,10,2汽車不在拱形橋的最高點或最低點時，如圖5所示它的運動能用上面的方法求解嗎？ 可以用上面的方法求解，但要注意向心力的來源發(fā)生了變化如圖5，重力沿半徑方向的分力和垂直橋面的支持力共同提供向心力設(shè)此時汽車與圓心的連線和豎直方向的夾角為，則有,圖5,11,考點三 離心現(xiàn)象及其應(yīng)用 基礎(chǔ)梳理 (1)定義 做勻速圓周運動的物體，在合外力突然消失或者不足以提供圓周運動所需的向心力的情況下，就做逐漸遠離圓心的運動，叫做離心運動,12,(2)條件分析 做圓周運動的物體，由于本身具有慣性，總是想沿著切線方向運動，只是由于向心力作用，使它不能沿切線方向飛出，而被限制著沿圓周運動，如圖6中B情形所示 圖6,13,當(dāng)產(chǎn)生向心力的合外力消失，F(xiàn)0，物體便沿所在位置的切線方向飛出去，如圖6中A所示 當(dāng)提供向心力的合外力不完全消失，而只是小于應(yīng)當(dāng)具有的向心力，即Fmr2，即合外力不足以提供所需的向心力的情況下，物體沿切線與圓周之間的一條曲線運動，如圖6中C所示,14,(3)離心運動的應(yīng)用和危害 利用離心運動制成離心機械，如：離心干燥器、洗衣機的脫水筒等 汽車、火車轉(zhuǎn)彎處，為防止離心運動造成的危害，一是限定汽車和火車的轉(zhuǎn)彎速度不能太大；二是把路面筑成外高內(nèi)低的斜坡以增大向心力 說明：若合外力大于所需的向心力，物體離圓心將越來越近，即為近心運動,15,題型一 生活中的圓周運動實例 例1 鐵路轉(zhuǎn)彎處的彎道半徑r是根據(jù)地形決定的，彎道處要求外軌比內(nèi)軌高，其內(nèi)外軌道高度差h的設(shè)計不僅與r有關(guān)，還取決于火車在彎道上的行駛速率，下表中是鐵路設(shè)計人員技術(shù)手冊中彎道半徑r及與之對應(yīng)的軌道的高度差h：(g10 m/s2),16,(1)據(jù)表中數(shù)據(jù)，導(dǎo)出h和r關(guān)系的表達式，并求出r440 m時h的值. (2)鐵路建成后，火車通過彎道時，為保證絕對安全，要求內(nèi)、外軌道均不向車輪施加側(cè)向壓力，又已知我國鐵路內(nèi)、外軌的間距設(shè)計值L1435 mm，結(jié)合表中的數(shù)據(jù)，算出我國火車的轉(zhuǎn)彎速度v.(以km/h為單位，結(jié)果取整數(shù))(設(shè)軌傾角很小時，正弦值按正切值處理),17,圖7 解析 (1)由表中數(shù)據(jù)可知，每組的h與r之積為常數(shù)，hr66050103m233 m2.當(dāng)r440 m時，h75 mm.,18,19,題后反思：近幾年，人們對交通運輸?shù)目旖萏岢隽烁叩囊?，為了提高運輸力，國家對鐵路不斷進行提速，這就要求鐵路轉(zhuǎn)彎速率也需要提高提速時應(yīng)采取怎樣的有效措施？由題中表達式v 可知，提高速度可采用(1)適當(dāng)增加內(nèi)外軌的高度差h，(2)適當(dāng)增加軌道半徑r.,20,如圖8所示為一輛自行車的局部結(jié)構(gòu)示意圖，設(shè)連接腳踏板的連桿長為L1，由腳踏板帶動半徑為r1的大輪盤(牙盤)，通過鏈條與半徑為r2的小輪盤(飛輪)連接，小輪盤帶動半徑為R的后輪轉(zhuǎn)動，使自行車在水平路面上勻速前進設(shè)L118 cm，r112 cm，r26 cm，R30 cm，為了維持自行車以v3 m/s的速度在水平路面上勻速前進,圖8,21,(1)人每分鐘要踩腳踏板幾圈？ (2)假設(shè)自行車受到的阻力與速度成正比，當(dāng)自行車以速度v13 m/s勻速前進時，受到的阻力為f24 N，當(dāng)自行車的速度v25 m/s時，求人蹬車的功率,22,23,題型二 圓周運動中的臨界問題 圖9 例2 如圖9所示，細繩一端系著質(zhì)量m0.6 kg的物體，靜止在水平面上，另一端通過光滑的小孔吊著質(zhì)量m0.3 kg的物體，m的重心與圓孔距離為0.2 m，并知m和水平面的最大靜摩擦力為2 N現(xiàn)使此平面繞中心軸線轉(zhuǎn)動，問角速度在什么范圍，m 會處于靜止狀態(tài)(取g10 m/s2),24,解析 要使m靜止，m也應(yīng)與平面相對靜止，而m與平面靜止時有兩個臨界狀態(tài)： 當(dāng)為所求范圍最小值時，m有向著圓心運動的趨勢，水平面對m的靜摩擦力的方向背離圓心，大小等于最大靜摩擦力2 N. 此時，對m運用牛頓第二定律， 有Tfmaxmr ，且Tmg 解得12.9 rad/s.,25,當(dāng)為所求范圍最大值時，m有背離圓心運動的趨勢，水平面對m的靜摩擦力的方向向著圓心，大小還等于最大靜摩擦力2 N. 再對m運用牛頓第二定律， 有Tfmaxm r，且Tmg 解得26.5 rad/s. 所以，題中所求的范圍是：2.9 rad/s6.5 rad/s. 答案 2.9 rad/s6.5 rad/s,26,題后反思：一般求解“在什么范圍內(nèi)”這一類的問題就是要分析兩個臨界狀態(tài)最大靜摩擦力的方向與物體的相對運動趨勢方向有關(guān)，當(dāng)角速度最小時，有向著圓心的方向運動的趨勢，當(dāng)角速度達到最大的時候，有遠離圓心的方向運動的趨勢，因此出現(xiàn)了極值情況,27,圖10 應(yīng)用21 如圖10所示，兩個用相同材料制成的靠摩擦轉(zhuǎn)動的輪A和B水平放置，兩輪半徑RA2RB.當(dāng)主動輪A勻速轉(zhuǎn)動時，在A輪邊緣上放置的小木塊恰能相對靜止在A輪邊緣上若將小木塊放在B輪上，欲使木塊相對B輪也靜止，則木塊距B輪轉(zhuǎn)軸的最大距離為( ) A. B. C. DRB,28,29,答案：C,30,題型三 圓周運動與機械能守恒定律的綜合 圖11,31,例3 雜技演員作“水流星”表演如圖11.一根繩子系著盛水的杯子，演員掄起繩子，杯子就做圓周運動不管演員怎樣掄，甚至杯子在豎直面內(nèi)運動到最高點時，已經(jīng)杯口朝下，水仍不從杯中流出若某次表演中杯子的質(zhì)量m1為100 g，杯內(nèi)水的質(zhì)量m2為200 g，杯子做圓周運動的半徑為0.9 m試求杯子做圓周運動時，水恰好不被灑出的過程中，杯子在最高點的速度v1和在最低點杯底受到的壓力FN各為多大？(空氣阻力不計，g取10 m/s2),32,答案 3 m/s 12 N,33,題后反思：根據(jù)各過程的特點和遵循的物理規(guī)律去分析，題目會迎刃而解，當(dāng)然在分析過程中要注意隱含條件的挖掘其實這就是分析綜合問題的基本思路,34,圖12 游樂場的過山車的運行過程可以抽象為圖12所示模型弧形軌道的下端與圓軌道相接使小球從弧形軌道上端A點靜止滑下，進入圓軌道后沿圓軌道運動，最后離開試分析A點離地面的高度h至少要多大，小球才可以順利通過圓軌道最高點(已知圓軌道的半徑為R，不考慮摩擦等阻力),35,36,1(2009山東高考)下列實例屬于超重現(xiàn)象的是( ) A汽車駛過拱形橋頂端 B蕩秋千的小孩通過最低點 C跳水運動員被跳板彈起，離開跳板向上運動 D火箭點火后加速升空,37,解析：汽車駛過拱形橋頂端，有豎直向下的加速度，汽車處于失重狀態(tài)，A錯；蕩秋千的小孩過最低點時，有豎直向上的加速度，小孩處于超重狀態(tài)，B正確；跳水運動員離開跳板向上運動，只受重力，有豎直向下的加速度g，處于完全失重狀態(tài)，C錯；火箭點火后加速上升，有豎直向上的加速度處于超重狀態(tài)，故D正確 答案：BD,38,2汽車甲和汽車乙質(zhì)量相等，以相等的速率沿同一水平彎道做勻速圓周運動，甲車在乙車的外側(cè)兩車沿半徑方向受到的摩擦力分別為f甲和f乙以下說法正確的是 ( ) Af甲小于f乙 Bf甲等于f乙 Cf甲大于f乙 Df甲和f乙大小均與汽車速率無關(guān) 解析：由牛頓第二定律得fm ，當(dāng)v相同時， f ，因r甲r乙，所以f甲f乙，A對，B、C、D錯 答案：A,39,3若以某固定點為起點畫出若干矢量，分別代表運動質(zhì)點在不同時刻的速度，則這些矢量的末端所形成的軌跡被定義為“速矢端跡”由此可知 ( ) 勻速直線運動的速矢端跡是線段 勻加速直線運動的速矢端跡是射線 勻速圓周運動的速矢端跡是圓 簡諧運動的速矢端跡是點 A B C D,40,解析：勻速直線運動的速度是恒定不變的故其速矢端跡是點；勻加速直線運動的速度大小均勻增大，方向保持不變，故其速矢端跡是射線；勻速圓周運動的速度大小不變，方向時刻變化，速度方向每轉(zhuǎn)360度完成一次周期性變化，故其速矢端跡是圓；簡諧運動的速度大小和方向均是周期性變化的，但方向仍在一條直線上，故其速矢端跡是線段故B正確 答案：B,圖13,41,4一質(zhì)量為m的金屬小球拴在長為L的細線下端，細線上端固定在O點處，在懸點O的正下方P處釘有一光滑釘子，如圖13所示現(xiàn)將小球拉至懸線水平，然后釋放為使懸線碰到釘子后，小球能繞釘子在豎直平面內(nèi)做完整的圓周運動，則OP的最小距離是多少？,42,43,5一水平放置的圓盤繞豎直固定軸轉(zhuǎn)動，在圓盤上沿半徑開有一條寬度為2 mm的均勻狹縫將激光器與傳感器上下對準，使二者間連線與轉(zhuǎn)軸平行，分別置于圓盤的上下兩側(cè)，且可以同步地沿圓盤半徑方向勻速移動，激光器連續(xù)向下發(fā)射激光束在圓盤轉(zhuǎn)動過程中，當(dāng)狹縫經(jīng)過激光器與傳感器之間時，傳感器接收到一個激光信號，并將其輸入計算機，經(jīng)處理后畫出相應(yīng)圖線圖14(a)為該裝置示意圖，圖(b)為所接收的光信號隨時間變化的圖線，橫坐標表示時間，縱坐標表示接收到的激光信號強度，圖中t11.0103 s，t20.8103 s.,44,圖14 (1)利用圖(b)中的數(shù)據(jù)求1 s時圓盤轉(zhuǎn)動的角速度； (2)說明激光器和傳感器沿