高中物理第4章第3、4节向心力的实例分析 离心运动.ppt

考向三,第,4,章,考向一,理解教材新知,第,3,、,4,节,把握热点考向,应用创新演练,考向二,知识点一,知识点二,随堂基础巩固,课时跟踪训练,知识点三,静摩擦力,转弯时的向心力实例分析,支持力,图,4,3,1,图,4,3,2,1,弄清火车轮缘结构,火车的车轮有凸出的轮缘，且火车在轨,道上运动时，车轮上有凸出轮缘的一边在两,轨道内侧，这种结构特点，主要是限制火车,运行的轨迹，防止脱轨，如图,4,3,3,所示。,(3),飞机,(,或飞鸟,),转弯受力如图,4,3,2,所示，向心力由空气作用力,F,和重力,mg,的,提供。,合力,图,4,3,3,2,明确圆周平面,虽然外轨高于内轨，但整个外轨是等高的，整个内轨是等高的。因而火车在行,驶的过程中，重心的高度不变，即火车重,心的轨迹在同一水平面内。故火车的圆周,平面是水平面，而不是斜面如图,4,3,4,所,示。即火车的向心加速度和向心力均是沿水平面指向圆心。,3,内外轨道的压力分析,由动力学特点分析可知转弯速度与转弯半径、弯道的倾角的关系为,v,0,2,rg,tan,，可见，最佳情况是由,v,0,、,r,、,共同决定的。,图,4,3,4,1,火车在转弯时，关于向心力的分析，正确的是,(,),A,由于火车本身作用而产生了向心力,B,主要是由于内外轨的高度差的作用，车身略有倾,斜，车身所受重力的分力产生了向心力,C,火车在转弯时的速率小于规定速率时，内轨将给,火车侧压力，侧压力就是向心力,D,火车在转弯时的速率大于规定速率时，外轨将给,火车侧压力，侧压力作为火车转弯时向心力的一,部分,解析：,火车正常转弯时，重力和支持力的合力提供向心力，故,A,、,B,错误。当转弯速率大于规定速率时，外轨对火车有侧压力作用；当转弯速率小于规定速率时，内轨对火车有侧压力作用，此时，火车转弯所需的向心力是重力、支持力和侧压力的合力来提供，故,C,错误，,D,正确。,答案：,D,竖直平面内圆周运动实例分析,1,汽车过拱形桥,内容,项目,汽车过凸形桥,汽车过凹形桥,向心力,N,mg,小于,mg,N,大于,N,mg,N,mg,图,4,3,5,竖直平面内圆周运动的两种模型分析,(1),绳模型：,如图,4,3,6,所示，没有物体支撑的小球，在绳或轨道的约束下，在竖直平面内做圆周运动通过最高点的情况：,图,4,3,6,图,4,3,7,(2),杆模型：,2.,乘坐游乐园的过山车时，质量为,m,的人,随车在竖直平面内沿圆周轨道运动，,如图,4,3,8,所示。下列说法正确的是,(,),A,车在最高点时人处于倒坐状态，全靠保险带拉住，若,没有保险带，人一定会掉下去,B,人在最高点时对座位仍可能产生压力，但压力一定小,于,mg,C,人在最低点时处于失重状态,D,人在最低点时对座位的压力大于,mg,图,4,3,8,答案：,D,离 心 运 动,(1),做圆周运动的物体，在受到的合外力突然消失或者,提供圆周运动所需要的向心力的情况下，将,运动，这种运动称为离心运动。,(2),在实际中，利用离心现象工作的机械叫做,，生活中常见的有离心干燥器、脱水筒等。,(3),离心运动的危害及防止：飞机攀高或翻飞旋转时，出现,现象，可以通过加强训练提高飞行员的抗荷能力。,车辆转弯时易出现交通事故，拐弯时应,行车速度。,不足以,远离圆,心,过荷,离心机械,放慢,1,离心运动的实质,离心运动是物体逐渐远离圆心的一种物理现象，它的本质是物体惯性的表现。做圆周运动的物体，总是有沿着圆周切线飞出去的趋向，之所以没有飞出去，是因为受到向心力作用的缘故。,2,离心运动的受力特点,物体做离心运动并非受到,“,离心力,”,的作用，而是外力不足以提供向心力的结果，,“,离心力,”,根本就不存在，因为根本找不到,“,离心力,”,的施力物体。,图,4,3,9,3,关于离心现象的下列说法正确的是,(,),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突然,消失时，它将做曲线运动,解析：,向心力是根据效果命名的，做匀速圆周运动的物体所需要的向心力，是它所受的某个力或几个力的合力提供的因此，物体并不受向心力和离心力的作用，它之所以产生离心现象是由于,F,合,72 km/h(20,m/s,),，,F,将小于需要的向心力，所差的向心力仍需由外轨对轮缘的弹力来弥补，这样会出现外侧车轮向外挤压外轨的现象。,(2),如果车速,v,72 km/h,，,F,将大于需要的向心力，超出的则由内轨对内侧车轮轮缘的侧压力来平衡，这样就出现内侧车轮的轮缘向外挤压内轨的现象。,答案,(1)0.195 m,(2),见解析,借题发挥,(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对火车的支持力以及内,(,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。,上例题中，若火车重为,1 000 t,，以,72 km/h,的速度匀速通过一个内、外轨一样高的弯道，轨道半径为,400 m,，则铁轨受到的侧压力大小为多少？,答案：,10,6,N,竖直平面内圆周运动分析与计算,例,2,如图,4,3,10,所示，在杂技表演,“,水流星,”,中，细绳两端系有装水的水桶，在竖,直平面内做圆周运动，水的质量,m,0.5 kg,，水,到转动轴的距离,L,0.8 m,。求：,(,取,g,10 m/s,2,),(1),水桶经过圆周最高点时水不流出来的最小速率。,(2),水桶在最高点的速率,v,1,5,m/s,时，水对桶底的压力大小。,(3),若桶和水的总质量,M,1 kg,，水桶经过最低点时的速率,v,2,6.5,m/s,，则此时绳子的拉力是多大？,图,4,3,10,思路点拨,解此题要分清,“,杆,”,、,“,绳,”,模型，同时要注意研究对象的选取及受力分析。,答案,(1)2.8,m/s,(2)10.6 N,(3)62.8 N,借题发挥,(1),在绳模型和杆模型中，物体在最低点的受力情况是相同的，两模型的差异在于物体在最高点时能不能受到,“,支撑,”,。,(2),研究在绳或杆约束下的圆周运动时，一定要明确研究对象，搞清,“,谁,”,对,“,谁,”,的作用力，牛顿第三定律是转移研究,对象的桥梁。,1,如图,4,3,11,所示，轻杆一端固定质量,为,m,的小球，以另一端,O,为圆心，使小,球在竖直平面内做半径为,r,的圆周运动。,下列说法中正确的是,(,),图,4,3,11,答案：,B,离心运动条件的理解及应用,例,3,如图,4,3,12,所示，匀速转,动的水平圆盘上，沿半径方向放置两个,用细线相连的质量均为,m,的小物体,A,、,B,，,它们到转轴距离分别为,r,A,20 cm,，,r,B,30 cm,。,A,、,B,与盘面间的最大静摩擦力均为重力的,0.4,倍，试求：,(,取,g,10 m/s,2),图,4,3,12,(1),当细线上开始出现张力时，圆盘的角速度,0,；,(2),当,A,开始滑动时，圆盘的角速度,；,(3),当,A,即将滑动时，烧断细线，,A,、,B,所处状态怎样。,答案,(1)3.65,rad/s,(2)4,rad/s,(3),B,做离心运动，,A,仍随圆盘做匀速圆周运动。,借题发挥,(1),对于离心运动的分析和计算，其实质仍是向心力的分析和计算，要把物体离心运动的临界状态看成恰好能做圆周运动处理。,(2),要注意离心现象是做圆周运动的物体所受合力减小或合力突然消失所致的现象，绝不可以错误地认为离心现象是离心力,(,本来就不存在离心力,),大于向心力的缘故。明确原因才能正确利用离心现象。,2,将物体,A,和通过中心光滑孔,O,的 细绳与,物体,B,相连，如图,4,3,13,所示，物体,B,距,O,点的距离为,r,0.2 m,，物体,B,与水,平转盘面间的动摩擦因数,0.4,，若保,持物体,A,静止，则物体,B,随水平转盘转动的最大角速度是,多少？,图,4,3,13,点击下图进入“随堂基础巩固”,点击下图进入“课时跟踪训练”,