教科版必修二 2.3圓周運動的實例分析 課件（44張）.ppt

2 3圓周運動實例分析 分析方法如下 a 找圓心 定半徑 找軌道面 即確定f向心力的方向b 分析物體的受力情況c 列方程和解方程 復習鞏固 請分析以下勻速圓周運動的向心力的來源 賽道的設計 汽車在傾斜路面上轉彎 汽車在水平路面上轉彎 實例分析 彎道規(guī)定的速度取決于彎道半徑和傾角 彎道規(guī)定的速度取決于彎道半徑和路面粗糙程度 實例分析一 火車轉彎 火車在平直軌道上勻速行駛時 所受的合力等于0 那么當火車轉彎時 我們說它做圓周運動 那么是什么力提供火車的向心力呢 c 由于該彈力是由輪緣和外軌的擠壓產生的 且由于火車質量很大 故輪緣和外軌間的相互作用力很大 易損壞鐵軌 1 內外軌道一樣高時 g fn f a 此時火車車輪受三個力 重力 支持力 外軌對輪緣的彈力 b 外軌對輪緣的彈力f提供向心力 向心力 2 轉彎處 外軌略高于內軌 解 如圖 f合 gtan gsin 當 很小時 mg h l f向 mv2 r f向 f合 mv2 r mg h l 則h v2l gr或v 根據(jù)轉彎處的軌道半徑r和規(guī)定的行駛速度v 適當選擇內外軌的高度差h 使轉彎時所需要的向心力完全由重力g和支持力n的合力來提供 設轉彎處軌道與水平面夾角為 當h l一定 v0 時火車轉彎所需的向心力恰好由重力和支持力的合力提供 車輪對鐵軌的側壓力正好為零 當v v0時 由于火車有離心運動的趨勢 對外軌有擠壓作用 外軌對車輪提供側壓力 當v v0時 由于mg fn提供的向心力過大 車輪擠壓內軌 側壓力由內軌提供 實例分析二 汽車過拱橋 豎直面內的圓周運動 黃石長江大橋 思考題 為什么生活中的橋大部分是 凸形橋 而不是 凹形橋 呢 只要求掌握最高點最低點 實例分析二 汽車過拱橋 找圓心 定半徑 受力分析找向心力來源 列方程求解 圓心0 f向心力 f合 g nn g 注意 公式中v是汽車過橋頂時的瞬時速度 f向心力 f合 n gn g 注意 公式中v是汽車過橋底時的瞬時速度 但如果橋面是水平 可認為圓心在無窮遠處 r為無窮大 比較三種橋面受力的情況 試討論下面情況中 汽車行駛的速度越大 汽車對橋的壓力如何變化 當汽車的速度不斷增大時 會有什么現(xiàn)象發(fā)生 當v越大時 則越大 n越小 當v增大某一值時 則n 0 此時 超重 失重 例如 蕩秋千 飛機轉彎飛行員對坐墊壓力 三 航天器中的失重現(xiàn)象 航天員在航天器中繞地球做勻速圓周運動時 航天員只受地球引力 引力為他提供了繞地球做勻速圓周運動所需的向心力f mv2 r 所以處于失重狀態(tài) 即 mg mv2 r由此可以得出 v rg 1 2 做圓周運動的物體 由于本身的慣性 總有沿著圓周切線方向飛去的傾向 當f合 0時 物體沿切線方向飛出 關于向心 圓周 離心運動 關于向心 圓周 離心運動 供 需 是否平衡決定物體做何種運動 供 提供物體做圓周運動的力 需 物體做勻速圓周運動所需的力 f f f 練習 1 下列說法正確的是 a 作勻速圓周運動的物體 在所受合外力突然消失時 將沿圓周半徑方向離開圓心b 作勻速圓周運動的物體 在所受合外力突然消失時 將沿圓周切線方向離開圓心c 作勻速圓周運動的物體 它自己會產生一個向心力 維持其作圓周運動d 作離心運動的物體 是因為受到離心力作用的緣故 b 2 以下屬于離心現(xiàn)象應用的是 a 水平拋出去的物體 做平拋運動 b 鏈球運動員加速旋轉到一定的速度后將鏈球拋開 c 離心干燥器使衣物干燥 d 錘頭松了 將錘柄在石頭上磕幾下就可以把柄安牢 練習 bc 3 為了防止汽車在水平路面上轉彎時出現(xiàn) 打滑 的現(xiàn)象 可以 a 增大汽車轉彎時的速度b 減小汽車轉彎時的速度c 增大汽車與路面間的摩擦d 減小汽車與路面間的摩擦 練習 b d 4 下列說法中錯誤的有 a 提高洗衣機脫水筒的轉速 可以使衣服甩得更干b 轉動帶有雨水的雨傘 水滴將沿圓周半徑方向離開圓心c 為了防止發(fā)生事故 高速轉動的砂輪 飛輪等不能超過允許的最大轉速d 離心水泵利用了離心運動的原理 練習 b 當時 水在杯中剛好不流出 當時 當時 此時水將會流出杯子 水流星 設水的質量為m 杯子運動到最高點時速率為v 繩長為r則有 f向 n mg mv2 r 解 n 0 v 過山車 結論 物體分離的臨界條件是 n 0 思考題 自行車轉彎時 稍一傾斜就過去了 摩托車轉彎傾斜度要大一些 摩托賽車時轉彎 傾斜度更大 幾乎倒在地上 問 什么力提供向心力 向心力與傾斜度有關嗎 有何關系 解答 由地面對車的靜摩擦力提供 有關系 傾斜度越大 向心力越大 例 一輛汽車m 2 0 103kg在水平公路上行駛 經過半徑r 50m的彎路時 如果車速度v 72km h 這輛汽車會不會發(fā)生事故 已知輪胎與路面間的最大靜摩擦力fm 1 4 104n 解 這輛汽車經過彎路時所需向心力 據(jù)題意 最大靜摩擦力只為1 4 104n 所以汽車會發(fā)生事故 勻速圓周運動實例分析 明確研究對象 確定它在哪個平面內做圓周運動 找到圓心和半徑 確定研究對象在某個位置所處的狀態(tài) 進行具體的受力分析 分析哪些力提供了向心力 建立以向心方向為正方向的坐標 據(jù)向心力公式列方程 解方程 對結果進行必要的討論 運用向心力公式的解題步驟 飛機轉彎 g n fn 圓周運動 circularmotion 圓周運動實例分析 分析方法如下 a 找圓心 定半徑 找軌道面 即確定f向心力的方向b 分析物體的受力情況c 列方程和解方程 實例3 繩球模型 如圖所示 一質量為m的小球 用長為l細繩系住 使其在豎直面內作圓周運動 1 小球做的是什么運動 2 小球運動過程中 受到哪些力 小球運動過程有什么特點 3 小球能在豎直平面內作圓周運動 必須滿足的條件是什么 如圖所示 一質量為m的小球 用長為l細繩系住 使其在豎直面內作圓周運動 1 若過小球恰好能通過最高點 則小球在最高點和最低點的速度分別是多少 小球的受力情況分別如何 2 若小球在最低點受到繩子的拉力為10mg 則小球在最高點的速度及受到繩子的拉力是多少 實例4 軌道與球 如圖所示 一質量為m的小球 在半徑為r光滑軌道上 使其在豎直面內作圓周運動 1 小球做的是什么運動 2 小球在運動過程中 受到哪些力 有哪些力對物體做功 小球的運動過程有什么特點 3 小球能在豎直平面內作圓周運動 必須滿足的條件是什么 如圖所示 一質量為m的小球 在半徑為r光滑軌道上 使其在豎直面內作圓周運動 1 若小球恰好能通過最高點 則小球在最高點和最低點的速度分別是多少 小球的受力情況分別如何 2 若小球在最低點受到軌道的彈力為8mg 則小球在最高點的速度及受到軌道的彈力是多少 實例5 輕桿與球 如圖所示 一質量為m的小球 用長為l輕桿固定住 使其在豎直面內作圓周運動 1 小球做的是什么運動 2 小球在運動過程中 受到哪些力 有哪些力對物體做功 小球的運動過程有什么特點 3 小球能在豎直平面內作圓周運動 必須滿足的條件是什么 如圖所示 一質量為m的小球 用長為l輕桿固定住 使其在豎直面內作圓周運動 1 若小球恰好能通過最高點 則小球在最高點和最低點的速度分別是多少 小球的受力情況分別如何 2 若小球在最低點受到桿子的拉力為5 5mg 則小球在最高點的速度及受到桿子的力是多少 拓展如圖所示 一質量為m的小球 用長為l輕桿固定住 使其在豎直面內作圓周運動 若小球通過最高點時 小球恰不受桿的作用力 則小球在最高點的速度是多少 拓展 實例6 管道與球 如圖所示 一質量為m的小球 放在一個內壁光滑的封閉管內 使其在豎直面內作圓周運動 r 1 小球做的是什么運動 2 小球在運動過程中 受到哪些力 有哪些力對物體做功 小球的運動過程有什么特點 3 小球能在豎直平面內作圓周運動 必須滿足的條件是什么 如圖所示 一質量為m的小球 放在一個內壁光滑的封閉管內 使其在豎直面內作圓周運動 r 1 若小球恰好能通過最高點 則小球在最高點的速度是多少 小球的受力情況分別如何 2 若小球在最低點受到管道的力為6mg 則小球在最高點的速度及受到管道的力是多少 輕桿 管道與小球 問題總結 1 小球在豎直面內運動滿足什么重要的關系 機械能守恒 2 小球能在豎直面內做圓周運動的條件是什么 小球在最高點時速度不為0 豎直平面內圓周運動的臨界問題 由于物體在豎直平面內做圓周運動的依托物 繩 輕桿 軌道 管道等 不同 所以物體恰好通過最高點時臨界條件不同 繩 桿 管道 可見 物體在