高一物理向心力

1、第七節(jié)生活中的圓周運(yùn)動(dòng)第七節(jié)生活中的圓周運(yùn)動(dòng)課標(biāo)定位課標(biāo)定位學(xué)習(xí)目標(biāo)：學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.知道什么是離心現(xiàn)象及物體做離知道什么是離心現(xiàn)象及物體做離心運(yùn)動(dòng)的條件心運(yùn)動(dòng)的條件2能用所學(xué)知識(shí)解決生產(chǎn)、生活中有關(guān)圓周能用所學(xué)知識(shí)解決生產(chǎn)、生活中有關(guān)圓周運(yùn)動(dòng)的實(shí)際問題運(yùn)動(dòng)的實(shí)際問題3知道離心運(yùn)動(dòng)在實(shí)際中的應(yīng)用、危害及防知道離心運(yùn)動(dòng)在實(shí)際中的應(yīng)用、危害及防止措施止措施重點(diǎn)難點(diǎn)：利用物體做離心運(yùn)動(dòng)的條件分析、重點(diǎn)難點(diǎn)：利用物體做離心運(yùn)動(dòng)的條件分析、解決實(shí)際問題解決實(shí)際問題核心要點(diǎn)突破核心要點(diǎn)突破課堂互動(dòng)講練課堂互動(dòng)講練知能優(yōu)化訓(xùn)練知能優(yōu)化訓(xùn)練第七節(jié)第七節(jié)課前自主學(xué)案課前自主學(xué)案課前自主學(xué)案課前自主學(xué)案一、鐵路的彎

2、道一、鐵路的彎道1火車轉(zhuǎn)彎時(shí)的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)火車轉(zhuǎn)彎時(shí)的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)火車轉(zhuǎn)彎時(shí)做的是火車轉(zhuǎn)彎時(shí)做的是_運(yùn)動(dòng)，因而具有向心運(yùn)動(dòng)，因而具有向心加速度，需要提供加速度，需要提供_2轉(zhuǎn)彎處內(nèi)外軌一樣高的缺點(diǎn)轉(zhuǎn)彎處內(nèi)外軌一樣高的缺點(diǎn)如果轉(zhuǎn)彎處內(nèi)外軌一樣高，則由如果轉(zhuǎn)彎處內(nèi)外軌一樣高，則由_提供向心力，這樣鐵軌和提供向心力，這樣鐵軌和車輪極易受損車輪極易受損圓周圓周向心力向心力外軌對(duì)輪緣的彈力外軌對(duì)輪緣的彈力3鐵路彎道的特點(diǎn)鐵路彎道的特點(diǎn)(1)轉(zhuǎn)彎處外軌略轉(zhuǎn)彎處外軌略_于內(nèi)軌于內(nèi)軌(2)鐵軌對(duì)火車的支持力不是豎直向上的，鐵軌對(duì)火車的支持力不是豎直向上的，而是斜向彎道的而是斜向彎道的_(3)鐵軌對(duì)火車的支持力與火車所

3、受重力的鐵軌對(duì)火車的支持力與火車所受重力的合力指向軌道的合力指向軌道的_，它提供了火車做圓周，它提供了火車做圓周運(yùn)動(dòng)所需的運(yùn)動(dòng)所需的_注意：由鐵路彎道上火車的受力特點(diǎn)進(jìn)一步注意：由鐵路彎道上火車的受力特點(diǎn)進(jìn)一步說明了向心力是按效果命名的力說明了向心力是按效果命名的力內(nèi)側(cè)內(nèi)側(cè)圓心圓心向心力向心力高高二、拱形橋二、拱形橋1向心力來源向心力來源汽車過拱形橋時(shí)做圓周運(yùn)動(dòng)，所需向心力由汽車過拱形橋時(shí)做圓周運(yùn)動(dòng)，所需向心力由_和橋面的和橋面的_提供提供2拱形橋上的受力特點(diǎn)拱形橋上的受力特點(diǎn)圖圖571重力重力支持力支持力圖圖572完全失重完全失重完全失重完全失重四、離心運(yùn)動(dòng)四、離心運(yùn)動(dòng)1.定義：在向心力突然

4、消失或合力不足定義：在向心力突然消失或合力不足以提供所需的向心力時(shí)，物體以提供所需的向心力時(shí)，物體_或或做做_的運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)沿切線飛出沿切線飛出逐漸遠(yuǎn)離圓心逐漸遠(yuǎn)離圓心2離心運(yùn)動(dòng)與受力的關(guān)系如圖離心運(yùn)動(dòng)與受力的關(guān)系如圖573所示所示圖圖573核心要點(diǎn)突破核心要點(diǎn)突破圖圖5742明確圓周平面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，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同一水平面內(nèi)故火車的圓周平面是水平面，而

5、不是斜面即火車的向心加速度和向心，而不是斜面即火車的向心加速度和向心力均是沿水平面而指向圓心力均是沿水平面而指向圓心3速度與軌道壓力的關(guān)系速度與軌道壓力的關(guān)系(1)當(dāng)火車行駛速度當(dāng)火車行駛速度v等于規(guī)定速度等于規(guī)定速度v0時(shí)，所時(shí)，所需向心力僅由重力和彈力的合力提供，此時(shí)需向心力僅由重力和彈力的合力提供，此時(shí)內(nèi)外軌道對(duì)火車無擠壓作用內(nèi)外軌道對(duì)火車無擠壓作用(2)當(dāng)火車行駛速度當(dāng)火車行駛速度v與規(guī)定速度與規(guī)定速度v0不相等時(shí)不相等時(shí)，火車所需向心力不再僅由重力和彈力的合，火車所需向心力不再僅由重力和彈力的合力提供，此時(shí)內(nèi)外軌道對(duì)火車輪緣有擠壓作力提供，此時(shí)內(nèi)外軌道對(duì)火車輪緣有擠壓作用，具體情況如

6、下：用，具體情況如下：當(dāng)火車行駛速度當(dāng)火車行駛速度vv0時(shí)，外軌道對(duì)輪緣有時(shí)，外軌道對(duì)輪緣有側(cè)壓力側(cè)壓力當(dāng)火車行駛速度當(dāng)火車行駛速度vv0時(shí)，內(nèi)軌道對(duì)輪緣有時(shí)，內(nèi)軌道對(duì)輪緣有側(cè)壓力側(cè)壓力即時(shí)應(yīng)用即時(shí)應(yīng)用 (即時(shí)突破，小試牛刀即時(shí)突破，小試牛刀)1火車軌道在轉(zhuǎn)彎處外軌高于內(nèi)軌，其高火車軌道在轉(zhuǎn)彎處外軌高于內(nèi)軌，其高度差由轉(zhuǎn)彎半徑與火車速度確定若在某轉(zhuǎn)度差由轉(zhuǎn)彎半徑與火車速度確定若在某轉(zhuǎn)彎處規(guī)定行駛速度彎處規(guī)定行駛速度v，則下列說法中正確的，則下列說法中正確的是是()A當(dāng)以當(dāng)以v的速度通過此彎道時(shí)，火車重力的速度通過此彎道時(shí)，火車重力與軌道面支持力的合力提供向心力與軌道面支持力的合力提供向心力B當(dāng)

7、以當(dāng)以v的速度通過此彎道時(shí)，火車重力、的速度通過此彎道時(shí)，火車重力、軌道面支持力和外軌對(duì)輪緣彈力的合力提供軌道面支持力和外軌對(duì)輪緣彈力的合力提供向心力向心力C當(dāng)速度大于當(dāng)速度大于v時(shí)，輪緣擠壓外軌時(shí)，輪緣擠壓外軌D當(dāng)速度小于當(dāng)速度小于v時(shí)，輪緣擠壓外軌時(shí)，輪緣擠壓外軌解析：解析：選選AC.鐵路轉(zhuǎn)彎處，火車需要向心力鐵路轉(zhuǎn)彎處，火車需要向心力，當(dāng)火車按規(guī)定行駛速度，當(dāng)火車按規(guī)定行駛速度v通過轉(zhuǎn)彎處時(shí)，通過轉(zhuǎn)彎處時(shí)，支持力和重力的合力可提供向心力，支持力和重力的合力可提供向心力，A對(duì)，對(duì)，B錯(cuò)當(dāng)速度大于錯(cuò)當(dāng)速度大于v時(shí)，火車需要的向心力時(shí)，火車需要的向心力增大，輪緣擠壓外軌，火車重力、軌道面支增大

8、，輪緣擠壓外軌，火車重力、軌道面支持力和外軌對(duì)輪緣彈力的合力提供向心力，持力和外軌對(duì)輪緣彈力的合力提供向心力，C對(duì)，對(duì)，D錯(cuò)錯(cuò)二、對(duì)離心運(yùn)動(dòng)的理解二、對(duì)離心運(yùn)動(dòng)的理解1離心運(yùn)動(dòng)的實(shí)質(zhì)離心運(yùn)動(dòng)的實(shí)質(zhì)離心運(yùn)動(dòng)實(shí)質(zhì)是物體慣性的表現(xiàn)做圓周運(yùn)離心運(yùn)動(dòng)實(shí)質(zhì)是物體慣性的表現(xiàn)做圓周運(yùn)動(dòng)的物體，總有沿著圓周切線飛出去的趨向動(dòng)的物體，總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?，之所以沒有飛出去，是因?yàn)槭艿较蛐牧ψ饔玫木壒蕪哪撤N意義上說，向心力的作用用的緣故從某種意義上說，向心力的作用是不斷地把物體從圓周運(yùn)動(dòng)的切線方向拉到是不斷地把物體從圓周運(yùn)動(dòng)的切線方向拉到圓周上來一旦作為向心力的合外力突

9、然消圓周上來一旦作為向心力的合外力突然消失或不足以提供向心力，物體就會(huì)發(fā)生離心失或不足以提供向心力，物體就會(huì)發(fā)生離心運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)2合外力與向心力的關(guān)系合外力與向心力的關(guān)系(如圖如圖575)圖圖575特別提醒：特別提醒：(1)離心運(yùn)動(dòng)并不是受到離心力離心運(yùn)動(dòng)并不是受到離心力的作用產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)的作用產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)(2)離心運(yùn)動(dòng)并不是沿半徑方向向外遠(yuǎn)離圓離心運(yùn)動(dòng)并不是沿半徑方向向外遠(yuǎn)離圓心的運(yùn)動(dòng)心的運(yùn)動(dòng)即時(shí)應(yīng)用即時(shí)應(yīng)用 (即時(shí)突破，小試牛刀即時(shí)突破，小試牛刀)2下列關(guān)于離心現(xiàn)象的說法正確的是下列關(guān)于離心現(xiàn)象的說法正確的是()A當(dāng)物體所受離心力大于向心力時(shí)產(chǎn)生離心當(dāng)物體所受離心力大于向心力時(shí)產(chǎn)生離心現(xiàn)象現(xiàn)象B做

10、勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體，當(dāng)它所受的一切做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體，當(dāng)它所受的一切力都消失時(shí)，它將做背離圓心的運(yùn)動(dòng)力都消失時(shí)，它將做背離圓心的運(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)，它將沿切線做直線運(yùn)動(dòng)力都消失時(shí)，它將沿切線做直線運(yùn)動(dòng)D將勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體，當(dāng)它所受的一切將勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體，當(dāng)它所受的一切力都消失時(shí)，它將做曲線運(yùn)動(dòng)力都消失時(shí)，它將做曲線運(yùn)動(dòng)解析：解析：選選C.做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體的向心力做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體的向心力是效果力產(chǎn)生離心現(xiàn)象的原因是是效果力產(chǎn)生離心現(xiàn)象的原因是F合合mr2，或是，或是F合合0(F突然消失突然消失)，故，故A項(xiàng)錯(cuò)；

11、當(dāng)項(xiàng)錯(cuò)；當(dāng)F0時(shí)，根據(jù)牛頓第一定律，物體從這時(shí)起時(shí)，根據(jù)牛頓第一定律，物體從這時(shí)起沿切線做勻速直線運(yùn)動(dòng)，故沿切線做勻速直線運(yùn)動(dòng)，故C項(xiàng)對(duì)，項(xiàng)對(duì)，B、D項(xiàng)項(xiàng)錯(cuò)錯(cuò)圖圖5762輕桿模型輕桿模型如圖如圖577所示，在細(xì)輕桿上固定的小球所示，在細(xì)輕桿上固定的小球或在管形軌道內(nèi)運(yùn)動(dòng)的小球，由于桿和管能或在管形軌道內(nèi)運(yùn)動(dòng)的小球，由于桿和管能對(duì)小球產(chǎn)生向上的支持力，所以小球能在豎對(duì)小球產(chǎn)生向上的支持力，所以小球能在豎直平面內(nèi)做半徑為直平面內(nèi)做半徑為R的圓周運(yùn)動(dòng)的條件是在的圓周運(yùn)動(dòng)的條件是在最高點(diǎn)的速度大于或等于零，小球的受力情最高點(diǎn)的速度大于或等于零，小球的受力情況為：況為：圖圖577特別提醒：特別提醒：對(duì)豎

12、直平面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)對(duì)豎直平面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)(1)要明確運(yùn)動(dòng)的模型，即繩或桿要明確運(yùn)動(dòng)的模型，即繩或桿(2)由不同模型的臨界條件分析受力，找到由不同模型的臨界條件分析受力，找到向心力的來源向心力的來源課堂互動(dòng)講練課堂互動(dòng)講練 (2011年秦皇島高一檢測年秦皇島高一檢測)火車以半徑火車以半徑r900 m轉(zhuǎn)彎，火車質(zhì)量為轉(zhuǎn)彎，火車質(zhì)量為8105 kg，軌道，軌道寬為寬為l1.4 m，外軌比內(nèi)軌高，外軌比內(nèi)軌高h(yuǎn)14 cm，為，為了使鐵軌不受輪緣的擠壓，火車的速度應(yīng)為了使鐵軌不受輪緣的擠壓，火車的速度應(yīng)為多大？多大？(g取取10 m/s2)車輛轉(zhuǎn)彎問題的計(jì)算車輛轉(zhuǎn)彎問題的計(jì)算例例1【思路點(diǎn)撥思路點(diǎn)撥】解

13、答本題應(yīng)該把握以下三解答本題應(yīng)該把握以下三點(diǎn)：點(diǎn)：(1)火車轉(zhuǎn)彎的向心力由其受到的重力和支火車轉(zhuǎn)彎的向心力由其受到的重力和支持力的合力提供持力的合力提供(2)火車的軌道平面是水平的火車的軌道平面是水平的(3)當(dāng)當(dāng)很小時(shí)，可以近似認(rèn)為很小時(shí)，可以近似認(rèn)為sintan.【精講精析精講精析】若火車在轉(zhuǎn)彎時(shí)不受擠壓，若火車在轉(zhuǎn)彎時(shí)不受擠壓，即由重力和支持力的合力提供向心力，火車即由重力和支持力的合力提供向心力，火車轉(zhuǎn)彎平面是水平面火車受力如圖轉(zhuǎn)彎平面是水平面火車受力如圖578所示，由牛頓第二定律得：所示，由牛頓第二定律得：圖圖578【答案答案】30 m/s【方法總結(jié)方法總結(jié)】車輛轉(zhuǎn)彎中，重力和支持力車

14、輛轉(zhuǎn)彎中，重力和支持力的合力沿水平方向，有的同學(xué)誤認(rèn)為沿的合力沿水平方向，有的同學(xué)誤認(rèn)為沿“斜斜面面”向下向下變式訓(xùn)練變式訓(xùn)練1如圖如圖579所示，高速公路轉(zhuǎn)所示，高速公路轉(zhuǎn)彎處彎道圓半徑彎處彎道圓半徑R100 m，汽車輪胎與路，汽車輪胎與路面間的動(dòng)摩擦因數(shù)面間的動(dòng)摩擦因數(shù)0.23.若路面是水平的若路面是水平的，問汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)不發(fā)生徑向滑動(dòng)，問汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)不發(fā)生徑向滑動(dòng)(離心現(xiàn)象離心現(xiàn)象)所許可的最大速率所許可的最大速率vm為多大？當(dāng)超過為多大？當(dāng)超過vm時(shí)時(shí)，將會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？，將會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？(g9.8 m/s2)圖圖579答案：答案：見解析見解析 如圖如圖5710所示，質(zhì)量所示，質(zhì)量m2.

15、0104 kg的汽車以不變的速率先后駛過凹形橋面和的汽車以不變的速率先后駛過凹形橋面和凸形橋面，兩橋面的圓弧半徑均為凸形橋面，兩橋面的圓弧半徑均為20 m如如果橋面承受的壓力不得超過果橋面承受的壓力不得超過3.0105 N，則：，則：拱形橋問題的計(jì)算拱形橋問題的計(jì)算例例2圖圖5710(1)汽車允許的最大速率是多少？汽車允許的最大速率是多少？(2)若以所求速度行駛，汽車對(duì)橋面的最小若以所求速度行駛，汽車對(duì)橋面的最小壓力是多少？壓力是多少？(g取取10 m/s2)【思路點(diǎn)撥思路點(diǎn)撥】首先判斷汽車在何位置對(duì)首先判斷汽車在何位置對(duì)路面的壓力最大、最小，然后利用向心力公路面的壓力最大、最小，然后利用向心

16、力公式求解式求解【答案答案】(1)10 m/s(2)105 N變式訓(xùn)練變式訓(xùn)練2如圖如圖5711所示，汽車在炎所示，汽車在炎熱的夏天沿不平的曲面行駛，其中最容易發(fā)熱的夏天沿不平的曲面行駛，其中最容易發(fā)生爆胎的點(diǎn)是生爆胎的點(diǎn)是(假定汽車運(yùn)動(dòng)速率假定汽車運(yùn)動(dòng)速率vavc，vbvd)()圖圖5711Aa點(diǎn)點(diǎn)Bb點(diǎn)點(diǎn)Cc點(diǎn)點(diǎn) Dd點(diǎn)點(diǎn) 一細(xì)桿與水桶相連，水桶中裝有水，一細(xì)桿與水桶相連，水桶中裝有水，水桶與細(xì)桿一起在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)，水桶與細(xì)桿一起在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)，如圖如圖5712所示，水的質(zhì)量所示，水的質(zhì)量m0.5 kg，水的重心到轉(zhuǎn)軸的距離水的重心到轉(zhuǎn)軸的距離l60 cm.圖圖5712豎直

17、平面內(nèi)的臨界問題豎直平面內(nèi)的臨界問題例例3(1)若在最高點(diǎn)水不流出來，求桶的最小速若在最高點(diǎn)水不流出來，求桶的最小速率率(2)若在最高點(diǎn)的水桶速率若在最高點(diǎn)的水桶速率v3 m/s，求水，求水對(duì)桶底的壓力對(duì)桶底的壓力(g取取9.8 m/s2)【思路點(diǎn)撥思路點(diǎn)撥】以水桶中的水為研究對(duì)象以水桶中的水為研究對(duì)象，在最高點(diǎn)水恰好不流出來，說明水的重力，在最高點(diǎn)水恰好不流出來，說明水的重力恰好提供其做圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力，此時(shí)恰好提供其做圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力，此時(shí)桶的速率最小桶的速率最小【答案答案】(1)2.42 m/s(2)2.6 N方向豎直方向豎直向上向上變式訓(xùn)練變式訓(xùn)練3(2011年福建模擬年福建模擬)如圖如圖5713所示，輕桿的一端有一個(gè)小球，另一端連接所示，輕桿的一端有一個(gè)小球，另一端