魯科版必修2 向心力的實例分析 第1課時 課件(28張）.ppt

第3節(jié)向心力的實例分析 第4章勻速圓周運動 教學(xué)目標(biāo) 通過舉例說明什么是向心力及向心力來源自己設(shè)計實驗研究向心力和哪些因素有關(guān)運用向心力的公式計算相關(guān)題目根據(jù)牛頓第二定律分析向心力的物理意義根據(jù)向心力推導(dǎo)向心加速度的公式 并計算相關(guān)題目 1 設(shè)汽車沿半徑為r的水平圓形跑道以勻速率v行駛 若汽車與路面的動摩擦因數(shù)為 要使汽車不側(cè)滑 則汽車行駛的最大速率是多少 解 一 水平面的圓周運動 1 汽車拐彎 1 潮濕路面或者路面有沙粒易出現(xiàn)交通事故 原因 2 急彎易出現(xiàn)交通事故 原因 思考與討論 減小 r減小 如何才能減少交通事故 f 2 火車轉(zhuǎn)彎 c 由于該彈力是由輪緣和外軌的擠壓產(chǎn)生的 且由于火車質(zhì)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(nèi)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 2 外軌高內(nèi)軌低時轉(zhuǎn)彎 h r越大 火車轉(zhuǎn)彎越安全 此為火車轉(zhuǎn)變時的安全速度 思考 1 如果v行駛 v安全 情況如何 2 如果v行駛 v安全 情況如何 很小時 sin tan 當(dāng)v v0時 當(dāng)v v0時 當(dāng)v v0時 輪緣不受側(cè)向壓力 輪緣受到外軌向內(nèi)的擠壓力 外軌易損壞 輪緣受到內(nèi)軌向外的擠壓力 內(nèi)軌易損壞 當(dāng) 1 求汽車以速度v過半徑為r的拱橋時對拱橋的壓力 解 g和n的合力提供汽車做圓周運動的向心力 由牛頓第二定律得 可見汽車的速度越大對橋的壓力越小 時汽車對橋的壓力為零 臨界速度 當(dāng) 大于 臨界時 汽車做什么運動 平拋運動 二 豎直面的圓周運動 由于 豎直向下 屬失重現(xiàn)象 2 求汽車過凹形路段最低點時對路面的壓力 解 g和n的合力提供汽車做圓周運動的向心力 由牛頓第二定律得 可見汽車的速度越大對橋的壓力越大 由于 豎直向上 屬超重現(xiàn)象 例 火車轉(zhuǎn)彎時軌跡的半徑r 900m 火車質(zhì)量為8 105kg 火車兩軌間距l(xiāng) 1 4m 兩軌高度差h 0 14m 給你一塊路牌來限制火車速度 要使火車轉(zhuǎn)彎時所需向心力完全由重力和支持力的合力來提供 這塊路牌上速度應(yīng)填多少 較小時可認(rèn)為tan sin 圓周運動的兩種臨界問題 1 繩的模型 如圖所示 沒有物體支承的小球 在豎直平面作圓周運動 過最高點臨界條件 繩子和軌道對小球剛好沒有力的作用 由mg mv2 r得 能過最高點條件 v v臨界 不能過最高點條件 v v臨界 2 桿的模型 在最高點mg fn mv2 l 當(dāng)v 0時 fn mg fn為支持力 方向和指向圓心方向相反 當(dāng)時 fn隨v增大而減小 且mg fn 0 fn仍為支持力 當(dāng)時 fn 0 當(dāng)時 fn隨v增大而增大 且fn 0 fn為拉力 方向指向圓心 臨界條件 硬桿支撐最高點的臨界速度為零 如圖所示的有物體支承的小球 在豎直平面作圓周運動 例2 長度為l 0 5m的輕質(zhì)細(xì)桿oa a端有一質(zhì)量為m 3 0kg的小球 如圖所示 小球以o點為圓心在豎直平面內(nèi)做圓周運動 通過最高點時小球的速率是2 0m s g取10m s2 則此時細(xì)桿oa受到 a 6 0n的拉力b 6 0n的壓力c 24n的拉力d 24n的壓力 b 解法 小球在a點的速度大于時 桿受到拉力 小于時 桿受壓力 v0 m s m s由于v 2 0m s m s 我們知道 過最高點時 球?qū)?xì)桿產(chǎn)生壓力 小球受重力mg和細(xì)桿的支持力n由牛頓第二定律mg n mn mg m 6 0n故應(yīng)選b 解圓周運動問題的基本步驟 1 確定做圓周運動的物體為研究對象 2 確定圓周運動的軌道平面 圓心位置和半徑 3 受力分析找出向心力 半徑方向的合力 4 選擇規(guī)律列方程求解 2 汽車過凹橋時 在最低點時 車對凹橋的壓力怎樣 v fn fn g 即汽車對橋的壓力大于其所受重力 處于超重狀態(tài) 容易引發(fā)爆胎 1 過凹形橋 1 汽車靜止在橋上與通過橋時的狀態(tài)是否相同 g 二 豎直面的圓周運動 例 質(zhì)量為5kg的物體沿著半徑為2m的半球形金屬內(nèi)壁下滑至最低點時的速度為10m s 若物體與球殼之間的動摩擦因數(shù)為0 2 求物體在最低點時 受到的摩擦力的大小 3 汽車過凸橋時 在最高點時 車對凸橋的壓力又怎樣 v g fn fn g即汽車對橋的壓力小于其所受重力 處于失重狀態(tài) 不易控制 1 過凸形橋 4 若汽車的運動速度變大 壓力如何變化 會出現(xiàn) 飛車 現(xiàn)象很危險 若 思考與討論 地球可以看做一個巨大的拱形橋 橋面的半徑就是地球的半徑 當(dāng)速度增大到一定程度時 汽車會不會飛離地球呢 例 質(zhì)量為m 2t的汽車在拱橋上以速度v 15m s前進(jìn) 橋面的圓弧半徑為r 30m 重力加速度為g 10m s2 求汽車通過橋的最高點時對橋面的壓力 小結(jié) 2 解圓周運動問題的基本步驟 汽車 火車轉(zhuǎn)彎問題 豎直平面的圓周運動 1 實例分析 作業(yè) p804 6 7 鐵路的彎道通常外高內(nèi)低 當(dāng)車速按照規(guī)定速度行駛 火車與鐵軌之間無擠壓 有利于保養(yǎng)鐵軌 求火車轉(zhuǎn)彎的規(guī)定速度 f合 f向 通過彎道的規(guī)定速度取決于彎道的半徑和傾角 2 火車拐彎 外軌 內(nèi)軌 思考討論 如果火車轉(zhuǎn)彎時的速度超過了規(guī)定速度 那么哪一道鐵軌會受到車輪輪緣擠壓 如