《物理同步导学练全国通用版人教必修二课件：第五章 曲线运动5.7 .pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《物理同步导学练全国通用版人教必修二课件：第五章 曲线运动5.7 .pptx（30页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、7 生活中的圆周运动 1 知道如果一个力或几个力的合力的效果使物体产生向心加速度 这个力或这几个力的合力就是做圆周运动的物体所受的向心力 会在具体问题中分析向心力的来源 2 能理解运用匀速圆周运动的规律分析和处理生产和生活中的具体实例 3 知道向心力和向心加速度的公式也适用于变速圆周运动 会求变速圆周运动中物体在特殊点的向心力和向心加速度 一 二 三 四 一 铁路的弯道1 火车在弯道上的运动特点 火车在弯道上运动时实际做圆周运动 因而具有向心加速度 由于其质量很大 需要很大的向心力 2 向心力的来源 1 若转弯时内外轨一样高 则由外轨对轮缘的弹力提供向心力 这样 铁轨和车轮极易受损 2 内外轨
2、有高度差 依据转弯半径和速度 适当选择内外轨的高度差 使转弯时所需的向心力由支持力和重力的合力来提供 一 二 三 四 二 拱形桥汽车通过凸形桥最高点或凹形桥最低点时 重力和支持力的合力提供向心力 一 二 三 四 一 二 三 四 3 航天器内的任何物体之间均没有压力 2 对失重现象的认识 航天器内的任何物体都处于完全失重状态 但并不是物体不受重力 正因为受到重力作用才使航天器连同其中的成员做匀速圆周运动 一 二 四 三 四 离心运动1 定义 做圆周运动的物体 在合力突然消失或所受合力不足以提供做圆周运动所需的向心力时 物体沿圆周切线方向飞出或逐渐远离圆心 这样的运动叫离心运动 2 受力分析 1
3、如果合力F恰好等于向心力 即F F向 物体将做匀速圆周运动 2 如果运动中合力F突然消失 即F 0 物体将做匀速直线运动 3 若合力F减小了 即F F向 此时F不足以提供物体做圆周运动的向心力 物体将做离心运动 一 二 四 三 3 原因分析 做圆周运动的物体 由于本身的惯性 总有沿着圆周切线方向离去的倾向 只是由于向心力的作用 而被限制着沿圆周运动 若提供向心力的合力消失 或所受到的指向圆心的合力小于所需向心力时 物体便沿着所在位置的切线方向飞出或者沿某一曲线远离圆周 这时就出现了离心现象 4 举例 在水平路面上转弯的汽车 向心力由静摩擦力提供 当最大静摩擦力不足以提供向心力时 一 二 三 一
4、 火车转弯问题1 转弯时需要向心力火车转弯时做圆周运动 必然需要向心力 而火车的车轮上有突出的轮缘 如果转弯处内 外轨一样高 外侧车轮的轮缘挤压外轨 使外轨发生弹性形变 外轨对轮缘的弹力提供了火车转弯时的向心力 若轮缘与外轨间的相互作用力太大 铁轨和车轮极易受损 一 二 三 2 转弯时向心力的来源实际上 在转弯处外轨略高于内轨 如图所示 铁轨对火车的支持力方向不再竖直 而是斜向弯道的内侧 最理想的情况是使铁轨对火车的支持力与火车重力的合力正好提供向心力 当然火车的速度v0要与倾角 相对应 设弯道半径为R 铁轨对火车的支持力与重力的合力正好提供向心力时 火车的行驶速度为 一 二 三 3 速度与轨
5、道压力的关系 1 当火车行驶速度v等于规定速度v0时 所需向心力仅由重力和支持力的合力提供 此时内外轨道对火车无挤压作用 2 当火车行驶速度v与规定速度v0不相等时 火车所需向心力不再仅由重力和支持力的合力提供 此时内外轨道对火车轮缘有挤压作用 具体情况如下 当火车行驶速度v v0时 外轨道对轮缘有侧压力 当火车行驶速度v v0时 内轨道对轮缘有侧压力 温馨提示汽车 摩托车赛道拐弯处 高速公路转弯处设计成外高内低 也是尽量使车受到的重力和支持力的合力提供向心力 以减小车轮受到地面施加的侧向静摩擦力 一 二 三 二 对离心运动的理解 一 二 三 一 二 三 温馨提示 1 离心运动是物体惯性的表现
6、 而不是物体受到离心力作用的结果 离心力根本不存在 2 离心运动并非沿半径方向背离圆心运动 而是运动半径越来越大的运动或沿切线方向飞出去的运动 3 圆周运动所需要的向心力越大 即物体的质量越大 速度越大 角速度 转速 越大 半径越小时 物体就越容易发生离心现象 一 二 三 三 竖直平面内的圆周运动物体在竖直平面内做圆周运动时 通常受弹力和重力两个力的作用 物体做变速圆周运动 我们只研究物体在最高点和最低点时的两种情形 具体情况又可分为以下两种 一 二 三 一 二 三 一 二 三 类型一 类型二 类型三 类型四 例题1 下列关于离心现象的说法 正确的是 A 当物体所受的离心力大于向心力时产生离心
7、现象B 做匀速圆周运动的物体 当它所受的一切力都消失时 它将做背离圆心的圆周运动C 做匀速圆周运动的物体 当它所受的一切力都突然消失时 它将沿切线做直线运动D 做匀速圆周运动的物体 当它所受的一切力都消失时 它将做曲线运动 类型一 类型二 类型三 类型四 解析 向心力是根据力的作用效果命名的 做匀速圆周运动的物体所需要的向心力是它所受的合力 物体并没有受到另外一个叫向心力的作用 当然也不受离心力的作用 产生离心现象的原因是物体所受合力不足以提供做圆周运动所需要的向心力 即F合 m 2R或者是合力突然消失 故选项A错误 物体做匀速圆周运动时 若它受的力都消失 物体由于惯性从这一时刻起做匀速直线运
8、动 故选项C正确 B D错误 答案 C题后反思深刻理解产生离心现象的条件是解题的关键 类型一 类型二 类型三 类型四 例题2 如图所示 汽车质量m为1 5 104kg 以不变的速率先后驶过凹形路面和凸形路面 路面圆弧半径均为15m 如果路面承受的最大压力不得超过2 105N 汽车允许行驶的最大速率是多少 汽车以此速率驶过路面的最小压力是多少 g取10N kg 点拨 首先要确定汽车在何位置时对路面的压力最大 汽车经过凹形路面时 向心加速度方向向上 汽车处于超重状态 经过凸形路面时 向心加速度向下 汽车处于失重状态 所以汽车经过凹形路面最低点时 汽车对路面的压力最大 类型一 类型二 类型三 类型四
9、 解析 当汽车经过凹形路面的最低点时 设路面对汽车的支持力为F1 受力情况如图甲所示 由牛顿第二定律 要求F1 2 105N解得允许的最大速率vmax 7 07m s 甲 汽车经过凸形路面顶点时对路面的压力最小 设为F2 如图乙所示 由牛顿第二定律有解得F2 1 105N 答案 7 07m s1 0 105N 乙 类型一 类型二 类型三 类型四 类型一 类型二 类型三 类型四 例题3 铁路转弯处的圆弧半径是300m 轨距是1435mm 规定火车通过该弯道时的速度是72km h 求内外轨的高度差该是多大 才能使铁轨不受轮缘的挤压 点拨 由于题目要求铁轨不受挤压 即由重力和支持力充当向心力 由此可
10、求出支持力与竖直方向的夹角 该夹角即为铁路路面的倾角 然后可求出内外轨的高度差 类型一 类型二 类型三 类型四 解析 若火车在转弯时不与轨道挤压 火车所受的重力和轨道对火车的支持力的合力提供向心力 火车转弯平面是水平面 火车的受力如图所示 作平行四边形 根据牛顿第二定律有由于tan 很小 可以近似认为sin tan 所以内外轨的高度差为h dsin 1 435 0 136m 0 195m 答案 0 195m 类型一 类型二 类型三 类型四 题后反思 1 对火车转弯问题一定要搞清合力的方向 指向圆心方向的合外力提供物体做圆周运动的向心力 方向指向水平面内的圆心 2 弯道两轨在同一水平面上时 向心
11、力由外轨对轮缘的挤压力提供 3 当外轨高于内轨时 向心力由火车的重力和铁轨的支持力以及内 外轨对轮缘的挤压力的合力提供 这还与火车的速度大小有关 类型一 类型二 类型三 类型四 例题4 长l 0 5m 质量可忽略的细杆 其一端可绕O点在竖直平面内转动 另一端固定着一个物体A A的质量为m 2kg 当A通过最高点时 如图所示 求在下列两种情况下杆对小球的力 1 A在最高点的速率为1m s 2 A在最高点的速率为4m s 类型一 类型二 类型三 类型四 类型一 类型二 类型三 类型四 题后反思竖直面内的圆周运动多为非匀速圆周运动 关键是要分析清楚在最高点或最低点时物体的受力情况 由哪些力来提供向心力 再对此瞬时状态应用牛顿第二定律的瞬时性 有时还要应用牛顿第三定律求受力 很多时候在最高点往往还会出现临界条件 如弹力刚好为零 要注意充分挖掘这些隐含的或临界的条件 类型一 类型二 类型三 类型四
