高中物理第4章第3、4節(jié)向心力的實(shí)例分析離心運(yùn)動(dòng).ppt

考向三,第 4 章,考向一,理解教材新知,第 3、4 節(jié),把握熱點(diǎn)考向,應(yīng)用創(chuàng)新演練,考向二,知識(shí)點(diǎn)一,知識(shí)點(diǎn)二,隨堂基礎(chǔ)鞏固,課時(shí)跟蹤訓(xùn)練,知識(shí)點(diǎn)三,靜摩擦力,轉(zhuǎn)彎時(shí)的向心力實(shí)例分析,支持力,圖431 圖432,1弄清火車輪緣結(jié)構(gòu) 火車的車輪有凸出的輪緣，且火車在軌 道上運(yùn)動(dòng)時(shí)，車輪上有凸出輪緣的一邊在兩 軌道內(nèi)側(cè)，這種結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，主要是限制火車 運(yùn)行的軌跡，防止脫軌，如圖433所示。,(3)飛機(jī)(或飛鳥)轉(zhuǎn)彎受力如圖432所示，向心力由空氣作用力F和重力mg的 提供。,合力,圖433,2明確圓周平面 雖然外軌高于內(nèi)軌，但整個(gè)外軌是等 高的，整個(gè)內(nèi)軌是等高的。因而火車在行 駛的過程中，重心的高度不變，即火車重 心的軌跡在同一水平面內(nèi)。故火車的圓周 平面是水平面，而不是斜面如圖434所 示。即火車的向心加速度和向心力均是沿水平面指向圓心。 3內(nèi)外軌道的壓力分析 由動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)分析可知轉(zhuǎn)彎速度與轉(zhuǎn)彎半徑、彎道的傾角的關(guān)系為v02rgtan，可見，最佳情況是由v0、r、共同決定的。,圖434,1火車在轉(zhuǎn)彎時(shí)，關(guān)于向心力的分析，正確的是( ) A由于火車本身作用而產(chǎn)生了向心力 B主要是由于內(nèi)外軌的高度差的作用，車身略有傾 斜，車身所受重力的分力產(chǎn)生了向心力 C火車在轉(zhuǎn)彎時(shí)的速率小于規(guī)定速率時(shí)，內(nèi)軌將給 火車側(cè)壓力，側(cè)壓力就是向心力 D火車在轉(zhuǎn)彎時(shí)的速率大于規(guī)定速率時(shí)，外軌將給 火車側(cè)壓力，側(cè)壓力作為火車轉(zhuǎn)彎時(shí)向心力的一 部分,解析：火車正常轉(zhuǎn)彎時(shí)，重力和支持力的合力提供向心力，故A、B錯(cuò)誤。當(dāng)轉(zhuǎn)彎速率大于規(guī)定速率時(shí)，外軌對(duì)火車有側(cè)壓力作用；當(dāng)轉(zhuǎn)彎速率小于規(guī)定速率時(shí)，內(nèi)軌對(duì)火車有側(cè)壓力作用，此時(shí)，火車轉(zhuǎn)彎所需的向心力是重力、支持力和側(cè)壓力的合力來提供，故C錯(cuò)誤，D正確。 答案：D,豎直平面內(nèi)圓周運(yùn)動(dòng)實(shí)例分析,1汽車過拱形橋,Nmg,小于,mgN,大于,Nmg,Nmg,圖435,豎直平面內(nèi)圓周運(yùn)動(dòng)的兩種模型分析 (1)繩模型： 如圖436所示，沒有物體支撐的小球，在繩或軌道的約束下，在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)通過最高點(diǎn)的情況： 圖436,圖437,(2)桿模型：,2.乘坐游樂園的過山車時(shí)，質(zhì)量為m的人 隨車在豎直平面內(nèi)沿圓周軌道運(yùn)動(dòng)， 如圖438所示。下列說法正確的是 ( ) A車在最高點(diǎn)時(shí)人處于倒坐狀態(tài)，全靠保險(xiǎn)帶拉住，若 沒有保險(xiǎn)帶，人一定會(huì)掉下去 B人在最高點(diǎn)時(shí)對(duì)座位仍可能產(chǎn)生壓力，但壓力一定小 于mg C人在最低點(diǎn)時(shí)處于失重狀態(tài) D人在最低點(diǎn)時(shí)對(duì)座位的壓力大于mg,圖438,答案： D,離 心 運(yùn) 動(dòng),(1)做圓周運(yùn)動(dòng)的物體，在受到的合外力突然消失或者 提供圓周運(yùn)動(dòng)所需要的向心力的情況下，將 運(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)稱為離心運(yùn)動(dòng)。 (2)在實(shí)際中，利用離心現(xiàn)象工作的機(jī)械叫做 ，生活中常見的有離心干燥器、脫水筒等。 (3)離心運(yùn)動(dòng)的危害及防止：飛機(jī)攀高或翻飛旋轉(zhuǎn)時(shí)，出現(xiàn) 現(xiàn)象，可以通過加強(qiáng)訓(xùn)練提高飛行員的抗荷能力。 車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)易出現(xiàn)交通事故，拐彎時(shí)應(yīng) 行車速度。,不足以,遠(yuǎn)離圓,心,過荷,離心機(jī)械,放慢,1離心運(yùn)動(dòng)的實(shí)質(zhì) 離心運(yùn)動(dòng)是物體逐漸遠(yuǎn)離圓心的一種物理現(xiàn)象，它的本質(zhì)是物體慣性的表現(xiàn)。做圓周運(yùn)動(dòng)的物體，總是有沿著圓周切線飛出去的趨向，之所以沒有飛出去，是因?yàn)槭艿较蛐牧ψ饔玫木壒省?2離心運(yùn)動(dòng)的受力特點(diǎn) 物體做離心運(yùn)動(dòng)并非受到“離心力”的作用，而是外力不足以提供向心力的結(jié)果，“離心力”根本就不存在，因?yàn)楦菊也坏健半x心力”的施力物體。,圖439,3關(guān)于離心現(xiàn)象的下列說法正確的是 ( ) A當(dāng)物體所受的離心力大于向心力時(shí)產(chǎn)生離心現(xiàn)象 B做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體，當(dāng)它所受的一切力都消失 時(shí)，它將做背離圓心的圓周運(yùn)動(dòng) C做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體，當(dāng)它所受的一切力都突然 消失時(shí)，它將沿切線做直線運(yùn)動(dòng) D做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體，當(dāng)它所受的一切力都突然 消失時(shí)，它將做曲線運(yùn)動(dòng),解析：向心力是根據(jù)效果命名的，做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體所需要的向心力，是它所受的某個(gè)力或幾個(gè)力的合力提供的，因此，物體并不受向心力和離心力的作用，它之所以產(chǎn)生離心現(xiàn)象是由于F合m2r，故A錯(cuò)誤；物體在做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，若突然它所受到的力都消失，根據(jù)牛頓第一定律，它從這時(shí)起做勻速直線運(yùn)動(dòng)，故C正確，B、D錯(cuò)誤。 答案：C,例1 鐵路轉(zhuǎn)彎的圓弧半徑是300 m，軌距是1 435 mm，規(guī)定火車通過這里的速度是72 km/h，內(nèi)外軌的高度差該是多大時(shí)才能使鐵軌不受輪緣的擠壓？保持內(nèi)外軌的這個(gè)高度差，如 果火車的速度大于或小于72 km/h，會(huì)分別發(fā)生什么現(xiàn)象？說 明理由。 思路點(diǎn)撥 解此題的關(guān)鍵有兩點(diǎn)： (1)正確分析鐵路轉(zhuǎn)彎處內(nèi)、外軌的結(jié)構(gòu)及火車輪緣結(jié)構(gòu)。 (2)確定火車轉(zhuǎn)彎時(shí)的圓平面及向心力的來源。,機(jī)車轉(zhuǎn)彎問題的分析與計(jì)算,(1)如果車速v72 km/h(20 m/s)，F(xiàn)將小于需要的向心力，所差的向心力仍需由外軌對(duì)輪緣的彈力來彌補(bǔ)，這樣會(huì)出現(xiàn)外側(cè)車輪向外擠壓外軌的現(xiàn)象。 (2)如果車速v72 km/h，F(xiàn)將大于需要的向心力，超出的則由內(nèi)軌對(duì)內(nèi)側(cè)車輪輪緣的側(cè)壓力來平衡，這樣就出現(xiàn)內(nèi)側(cè)車輪的輪緣向外擠壓內(nèi)軌的現(xiàn)象。 答案 (1)0.195 m (2)見解析,借題發(fā)揮 (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物體做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，方向指向水平面內(nèi)的圓心。 (2)彎道兩軌在同一水平面上時(shí)，向心力由外軌對(duì)輪緣的擠壓力提供。 (3)當(dāng)外軌高于內(nèi)軌時(shí)，向心力由火車的重力和鐵軌對(duì)火車的支持力以及內(nèi)(外)軌對(duì)輪緣的擠壓力的合力提供，這還與火車的速度大小有關(guān)。,上例題中，若火車重為1 000 t，以72 km/h的速度勻速通過一個(gè)內(nèi)、外軌一樣高的彎道，軌道半徑為400 m，則鐵軌受到的側(cè)壓力大小為多少？,答案：106 N,豎直平面內(nèi)圓周運(yùn)動(dòng)分析與計(jì)算,例2 如圖4310所示，在雜技表演 “水流星”中，細(xì)繩兩端系有裝水的水桶，在豎 直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)，水的質(zhì)量m0.5 kg，水 到轉(zhuǎn)動(dòng)軸的距離L0.8 m。求：(取g10 m/s2) (1)水桶經(jīng)過圓周最高點(diǎn)時(shí)水不流出來的最小速率。 (2)水桶在最高點(diǎn)的速率v15 m/s時(shí)，水對(duì)桶底的壓力大小。 (3)若桶和水的總質(zhì)量M1 kg，水桶經(jīng)過最低點(diǎn)時(shí)的速率v26.5 m/s，則此時(shí)繩子的拉力是多大？,圖4310,思路點(diǎn)撥 解此題要分清“桿”、“繩”模型，同時(shí)要注意研究對(duì)象的選取及受力分析。,答案 (1)2.8 m/s (2)10.6 N (3)62.8 N,借題發(fā)揮 (1)在繩模型和桿模型中，物體在最低點(diǎn)的受力情況是相同的，兩模型的差異在于物體在最高點(diǎn)時(shí)能不能受到“支撐”。 (2)研究在繩或桿約束下的圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，一定要明確研究對(duì)象，搞清“誰”對(duì)“誰”的作用力，牛頓第三定律是轉(zhuǎn)移研究 對(duì)象的橋梁。,1如圖4311所示，輕桿一端固定質(zhì)量 為m的小球，以另一端O為圓心，使小 球在豎直平面內(nèi)做半徑為r的圓周運(yùn)動(dòng)。 下列說法中正確的是 ( ) 圖4311,答案：B,離心運(yùn)動(dòng)條件的理解及應(yīng)用,例3 如圖4312所示，勻速轉(zhuǎn) 動(dòng)的水平圓盤上，沿半徑方向放置兩個(gè) 用細(xì)線相連的質(zhì)量均為m的小物體A、B， 它們到轉(zhuǎn)軸距離分別為rA20 cm，rB 30 cm。A、B與盤面間的最大靜摩擦力均為重力的0.4倍，試求：(取g10 m/s2),圖4312,(1)當(dāng)細(xì)線上開始出現(xiàn)張力時(shí)，圓盤的角速度0； (2)當(dāng)A開始滑動(dòng)時(shí)，圓盤的角速度； (3)當(dāng)A即將滑動(dòng)時(shí)，燒斷細(xì)線，A、B所處狀態(tài)怎樣。,答案 (1)3.65 rad/s (2)4 rad/s (3)B做離心運(yùn)動(dòng)，A仍隨圓盤做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。,借題發(fā)揮 (1)對(duì)于離心運(yùn)動(dòng)的分析和計(jì)算，其實(shí)質(zhì)仍是向心力的分析和計(jì)算，要把物體離心運(yùn)動(dòng)的臨界狀態(tài)看成恰好能做圓周運(yùn)動(dòng)處理。 (2)要注意離心現(xiàn)象是做圓周運(yùn)動(dòng)的物體所受合力減小或合力突然消失所致的現(xiàn)象，絕不可以錯(cuò)誤地認(rèn)為離心現(xiàn)象是離心力(本來就不存在離