《2020版高中物理人教必修2课件：5.7 生活中的圆周运动》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2020版高中物理人教必修2课件：5.7 生活中的圆周运动（85页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、7 生活中的圆周运动 一 铁路的弯道 1 火车车轮的结构特点 火车的车轮上有突出的轮缘 火车行驶时 有轮缘的一侧在轨道内 作用 有助于固定运动轨迹 2 火车在弯道上的运动特点 圆周运动 有指向圆心 的向心加速度 3 向心力的来源 当内外轨一样高时 的 提供向心力 当内外轨有高度差时 依据规定的速度行驶 提供向心力 外轨对轮缘 弹力 重力与 支持力的合力 二 拱形桥 汽车过车过 凸形桥桥汽车过车过 凹形桥桥 受 力 分 析 向 心 力 Fn m Fn m mg FNFN mg 汽车过车过 凸形桥桥汽车过车过 凹形桥桥 对对 桥桥 的 压压 力 FN FN 结结 论论 汽车对桥车对桥 的压压力小于
2、汽 车车的重力 而且汽车车速度 越大 对桥对桥 的压压力 汽车对桥车对桥 的压压力大于汽 车车的重力 而且汽车车速度 越大 对桥对桥 的压压力 越小越大 三 航天器中失重现象 思考 物体放在水平桌面上 它会对桌面产生压力 如果航天器绕地球做圆周运动 那么航天器中的物体 会对航天器产生压力吗 提示 航天器中的物体不会对航天器产生压力 1 向心力分析 宇航员受到的 与 的合力为他提供向心力 2 失重状态 当v 时 座舱对宇航员的支持力为零 宇航员处于完全失重状态 地球引力座舱对他的 支持力 mg FN 四 离心运动 1 涵义 物体沿 飞出或做逐渐远离圆心的运 动 2 原因 向心力突然消失或 提供所
3、需要 的向心力 切线方向 合外力不足以 一 火车转弯问题 1 铁路的弯道 1 如果铁路弯道的内外轨一样高 外侧车轮的轮缘挤 压外轨 使外轨发生弹性形变 外轨对轮缘的弹力就是 火车转弯的向心力 如图甲所示 但是火车的质量很大 靠这种办法得到向心力 轮缘与外缘间的相互作用力太 大 铁轨和车轮极易受损 2 如果在弯道处使外轨略高于内轨 如图乙所示 火车 转弯时铁轨对火车的支持力FN的方向不再是竖直的 而 是指向斜向弯道的内侧 它与重力的合力指向圆心 为 火车转弯提供了全部或部分向心力 减轻了轮缘与外轨 的挤压 2 火车转弯时的规定速度 1 相关物理量 若火车转弯时的向 心力完全由重力mg和支持力FN
4、的合 力提供 设内 外轨间的距离为L 两轨高度差为h 火车转弯半径为R 火车的质量为m 2 理论分析 根据几何关系知sin 由图示火车 的受力情况可得 tan 当 很小时 近似认为 sin tan 即 所以F合 mg 由向心力 公式知 F合 所以 得v0 由 于铁轨建成后 h L R各量是确定的 故火车转弯时恰 对轨道无侧压力时的车速应是一个定值 即规定速度 3 速度关系 当火车转弯时的速度v v0时 轮缘对内 外轨均无侧 向压力 当火车转弯速度v v0时 外轨对轮缘有向里的侧压力 当火车转弯速度vf乙B f甲 f乙 C f甲r乙 则得到 f甲 f乙 二 汽车过拱形桥问题 1 汽车通过拱形桥的
5、最高点时的情况 如图所示 设汽车质量为m 桥面的圆弧半径为r 汽车通 过桥面最高点时速率为v 汽车过拱桥最高点时 重力mg和支持力FN都沿竖直方向 它们的合力是汽车做圆周运动的向心力 由牛顿第二定 律 得 mg FN m 桥面支持力FN mg m mg 由牛顿第三定律可知 汽车对桥面的压力大小为 F N FN mg m 方向竖直向下 由上式可知 汽车行驶的速率v越大 汽车对桥面的压力 就越小 当汽车的速率等于 时 汽车对桥的压力为0 这是汽车保持在桥顶运动的最大 临界 速度 若超过这 个速度 汽车将飞越桥顶 2 汽车通过凹形桥的最低点时的情况 如图所示 汽车在竖直方向受到重力mg和桥的支持力F
6、N 的作用 此二力的合力提供汽车做圆周运动的向心力 有 FN mg m 桥面对车的支持力 FN mg m 由牛顿第三定律可知 汽车对桥面的压力大小为 F N FN mg m 方向竖直向下 可见 汽车行驶的速率v越大 汽车对桥面的压力就越大 汽车处于超重状态 这也是汽车高速过凹形路面时容 易爆胎的原因 3 处理圆周运动力学问题的一般思路 1 确定物体做圆周运动的轨道平面 圆心 2 根据几何关系求出轨道半径 3 对物体进行受力分析 确定向心力来源 4 根据牛顿第二定律列方程求解 思考 讨论 情境 东方 2018 于2018年9月11日在俄罗斯东部的 东西伯利亚和远东地区开始 此次军演是俄罗斯史上
7、规模最大的演习 俄罗斯军队携手中国军队联合参与军 演 演习中 一辆战车以恒定的速度在起伏不平的路面 上行进 讨论 1 战车在哪点对路面的压力最大 哪点对路面的压力 最小 物理观念 提示 在B点对路面的压力最大 在C点对路面的压力最 小 2 在哪点容易发生 飞车 现象 科学思维 提示 在C点容易发生 飞车 现象 典例示范 2019 厦门高一检测 如图所示 当汽车通过拱桥顶点 的速度为10 m s时 车对桥顶的压力为车重的 如果 要使汽车在桥面行驶至桥顶时 对桥面的压力为零 则 汽车通过桥顶的速度应为世纪金榜导学号 A 15 m s B 20 m s C 25 m s D 30 m s 解析 选B
8、 当汽车通过拱桥顶点的速度是10 m s时 由公式m mg mg得r 40 m 当汽车通过拱桥顶点 时对桥面恰无压力时 由公式m mg得v1 20 m s 故B正确 定向训练 1 飞机驾驶员最多可承受9倍的重力加速度带来的影响 当飞机在竖直平面上沿圆弧轨道俯冲时速度为v 则圆 弧的最小半径为 解析 选B 当飞机飞到最低点时 由牛顿第二定律 得 F mg m 由题意得 F 9mg 解得 R 故B正 确 2 2019 南京高一检测 如图所示 地球可以看成一个 桥面半径为地球半径的巨大的拱形桥 有一辆汽车行驶 在这个桥面上 在汽车的速度可以达到需要的任意值 且不离开地面的前提下 下列分析中正确的是
9、A 汽车的速度越大 则汽车对地面的压力也越大 B 不论汽车的速度多大 驾驶员对座椅压力大小都不大 于他自身的重力 C 不论汽车的速度多大 驾驶员所受的重力就是驾驶员 做圆周运动的向心力 D 如果某时刻汽车的速度增大到使汽车对地面压力为 零 此时驾驶员会有超重的感觉 解析 选B 根据牛顿第二定律得 mg N m 解得 N mg m 速度越大 汽车所受的支持力越小 则汽车对地面的压 力越小 故A错误 对驾驶员分析 根据牛顿第二定律得 mg N m 可知 N mg m 因此驾驶员对座椅压力的大小都 不大于他自身的重力 故B正确 速度不大时 驾驶员靠重力 和支持力的合力提供向心力 当v 时 靠重力提供
10、向心力 此时汽车对地面的压力为零 驾驶员处于失重状态 故C D 错误 补偿训练 1 多选 如图 著名体操运动员邹凯在单杠上完成360 度大回环动作 关于运动过程 下列说法正确的是 A 在最高点 双臂一定有拉力作用 B 从最高点下摆 其向心力不断增大 C 从最高点下摆 双臂的作用力不断增大 D 最低点 双臂的拉力最大 解析 选B D 运动员在最高点时受到重力与手臂 的作用力 手臂的作用力的方向可以向上 也可以向下 也可以恰好等于0 故A项错误 根据向心力的表达式 Fn 可知 当运动员从最高点下摆时 重力势能转 化为动能 速度增大 所以其向心力不断增大 故B项正 确 若运动员在最高点的速度比较小
11、小于 则手臂 对运动员的作用力的方向向上 可知当运动员从最高点 下摆时 重力势能转化为动能 速度增大 所以其向心力 不断增大 则手臂对运动员的作用力一定减小 故C项错 误 在最低点时 运动员的速度最大 所以需要的向心力 最大 而最低点的向心力 Fn F拉 mg 所以最低点 F拉 mg Fn也达到最大 故D项正确 2 城市中为了解决交通问题 修建了许多立交桥 如图 所示 桥面是半径为R的圆弧形的立交桥AB横跨在水平 路面上 一辆质量为m的小汽车 在A端冲上该立交桥 小 汽车到达桥顶时的速度大小为v1 若小汽车在上桥过程 中保持速率不变 则 A 小汽车通过桥顶时处于失重状态 B 小汽车通过桥顶时处
12、于超重状态 C 小汽车在上桥过程中受到桥面的支持力大小为FN mg m D 小汽车到达桥顶时的速度必须大于 解析 选A 由圆周运动知识知 小汽车通过桥顶时 其加速度方向向下 由牛顿第二定律得mg FN m 解得FN mg m m 2r 提供 大于 需要 物体做近心运动动 F合 m 2r 提供 不足 物体做离心运动动 思考 讨论 情境 圆筒式的拖把几乎是现代家庭中的必备卫生打扫 的工具 使用简单 便捷 讨论 1 在使用的过程中 它能够迅速给拖把脱水 你能够说 出其中的原理吗 物理观念 提示 离心运动 2 物体做离心运动的条件是什么 科学思维 提示 当需要的向心力大于提供的向心力时 物体将做 离心
13、运动 典例示范 2019 西安高一检测 一质量为2 0 103 kg的汽车在水平公路上行驶 路面对轮胎的径向最大 静摩擦力为1 4 104 N 当汽车经过半径为80 m的弯 道时 下列判断正确的是 世纪金榜导学号 A 汽车转弯时所受的力有重力 弹力 摩擦力和向心 力 B 汽车转弯的速度为20 m s时所需的向心力为1 4 104 N C 汽车转弯的速度为20 m s时汽车会发生侧滑 D 汽车能安全转弯的向心加速度不超过7 0 m s2 审题关键 序号信息提取 重力与支持力等大反向 摩擦力提供向心力 最大值为值为 1 4 104 N 圆圆周运动动的半径为为80 m 解析 选D 汽车转弯时受到重力
14、 地面的支持力 以及地面给的摩擦力 其中摩擦力充当向心力 故A错 误 当最大静摩擦力充当向心力时 速度为临界速度 大于这个速度则发生侧滑 根据牛顿第二定律可得 f m 解得v m s m s 20 m s 所以汽车转弯的速度为20 m s时 所需的向 心力小于1 4 104 N 汽车不会发生侧滑 故B C错误 汽车能安全转弯的向心加速度a m s2 7 m s2 即汽车能安全转弯的向心加速度不超过7 0 m s2 故D 正确 定向训练 1 多选 下列属于离心现象的是 A 投篮球 B 投掷标枪 C 用洗衣机脱去湿衣服中的水 D 旋转雨伞甩掉雨伞上的水滴 解析 选C D 投出的篮球做斜抛运动 受恒
15、力的作用 投出篮球的运动不是离心现象 故A错误 投出的标枪做斜抛 运动 受恒力的作用 投出标枪的运动不是离心现象 故B错 误 脱水桶高速转动时 水滴需要的向心力大于水和衣服之 间的附着力 水做离心运动被从衣服上甩掉 属于离心现象 故C正确 旋转雨伞时 当雨滴所需的向心力大于雨伞对雨滴 的吸附力时 雨滴做离心运动 属于离心现象 故D正确 2 2019 常德高一检测 下列关于离心现象中说法 正 确的是 A 当物体所受到离心力大于向心力时产生离心现象 B 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
16、线飞出 D 做匀速圆周运动的物体 当它所受的一切力都突然消 失时 它将做曲线运动 解析 选C 离心力是不存在的 因为它没有施力物 体 所以物体不会受到离心力 故A错误 当物体不受力 或受到的合外力为零时 物体保持静止或匀速直线运动 状态 所以做匀速圆周运动的物体 当它所受的一切力 都消失时 将沿切线飞出 由于惯性物体继续保持该速 度做匀速直线运动 故C正确 B D错误 补偿训练 1 生活中有很多现象与物理知识有关 下列现象中与离 心运动无关的是 A 洗衣机的甩干桶把衣服甩干 B 制作棉花糖 C 链球运动员把链球甩出去 D 汽车通过拱形桥的最高点时对桥面的压力比车的重 力小 解析 选D 洗衣机的甩干桶把衣服甩干是由于衣服 对水的附着力不足以提供所需的向心力 是离心现象 故A项错误 制作棉花糖是糖水做离心运动的结果 故B 项错误 链球运动员把链球沿着切线方向甩出去 是离 心运动 故C项错误 汽车通过拱形桥的最高点时 有向 下的加速度 失重 故压力小于重力 汽车并没有做离心 运动 故D项正确 2 下面有四幅图片 关于上面四幅图片 下列说法正确的是 A 只有一幅图片中的情景包含离心现象 B 共
