高中物理第二章匀速圆周运动3圆周运动的实例分析4圆周运动与人类文明(选学)省公开课一等奖新名师优质课.pptx

3,圆周运动实例分析,4,圆周运动与人类文明,(,选学,),第二章,1/56,学习,目标,1.,会分析详细圆周运动问题中向心力起源，能处理生活中圆周运动问题,.,2.,了解离心运动及物体做离心运动条件，知道离心运动应用及危害,.,3.,列举实例，了解圆周运动在人类文明进程中广泛应用，认识到圆周运动对人类文明发展重大影响,.,2/56,内容索引,重点探究,启迪思维 探究重点,达标检测,检测评价 达标过关,自主预习,预习新知 扎实基础,3/56,自主预习,4/56,一、汽车过拱形桥,1.,受力分析,(,如图,1),2.,向心力：,F,m,.,3.,对桥压力：,N,_,.,4.,结论：汽车对桥压力汽车重力，而且汽车速度越大，对桥压力,.,图,1,mg,N,小于,越小,5/56,二、,“,旋转秋千,”,圆锥摆,1.,物理模型：细线下面悬挂一个钢球，使钢球在,做匀速圆周运动，悬线旋转形成一个圆锥面，这种装置叫圆锥摆,.,2.,向心力起源：由重力和悬线拉力,提供,(,如图,2).,由,F,合,mg,tan,m,2,r,，,r,l,sin,得：,_,周期,T,_.,图,2,某个水平面内,协力,6/56,3.,结论：悬线与中心轴夹角,跟,“,旋转秋千,”,角速度和悬线长相关，与所乘坐人体重,.,在悬线长一定情况下，角速度越大则悬线与中心轴夹角也,(,小于,90).,三、火车转弯,1.,运动特点火车转弯时实际是在做,运动，因而含有向心加速度，因为其质量巨大，所以需要很大,力,.,2.,向心力起源,(1),若转弯时内外轨一样高，则由,对轮缘弹力提供向心力，这么铁轨和车轮极易受损,.,(2),内外轨有高度差，依据要求行驶速度行驶，转弯时向心力几乎完全由,和,协力提供,.,无关,越大,圆周,向心,外轨,重力,G,支持力,N,7/56,四、离心运动,1.,定义：在做圆周运动时，因为合外力提供向心力,或,，以致物体沿圆周运动,方向飞出或,而去运动叫做离心运动,.,2.,离心机械：利用离心运动机械叫做离心机械,.,常见离心机械有,_,、,.,消失,不足,切线,远离圆心,洗衣,机脱水筒,离心机,8/56,1.,判断以下说法正误,.,(1),汽车行驶经过凸形桥顶部时，对桥面压力等于车重,.(,),(2),汽车行驶经过凹形桥底部时，对桥面压力大于车重,.(,),(3),铁路弯道处，内轨高于外轨,.(,),(4),火车驶过弯道时，火车对轨道一定没有侧向压力,.(,),(5),做离心运动物体能够沿半径方向运动,.(,),即学即用,答案,9/56,2.,飞机由俯冲转为拉起一段轨迹可看成一段圆弧，如图,3,所表示，飞机做俯冲拉起运动时，在最低点附近做半径为,r,180 m,圆周运动，假如飞行员质量,m,70 kg,，飞机经过最低点,P,时速度,v,360 km/h,，则这时飞行员对座椅压力大小为g,取,10 m/s,2,),答案,解析,4 589 N,图,3,10/56,解析,飞机经过最低点时，,v,360 km/h,100 m/s.,11/56,重点探究,12/56,一、汽车过拱形桥,如图,4,甲、乙为汽车在凸形桥、凹形桥上行驶示意图，汽车行驶时能够看做圆周运动,.,(1),如图甲，汽车行驶到拱形桥桥顶时：,什么力提供向心力？汽车对桥面压力有什么特点？,图,4,导学探究,答案,13/56,14/56,汽车对桥面压力与车速有什么关系？汽车安全经过拱桥顶,(,不脱离桥面,),行驶最大速度是多大？,答案,15/56,(2),如图乙当汽车行驶到凹形桥最底端时，什么力提供向心力？汽车对桥面压力有什么特点？,答案,16/56,1.,汽车过拱形桥,(,如图,5),知识深化,图,5,17/56,2.,汽车过凹形桥,(,如图,6),图,6,18/56,例,1,如图,7,所表示，质量,m,2.0,10,4,kg,汽车以不变速率先后驶过凹形桥面和凸形桥面，两桥面圆弧半径均为,60 m,，假如桥面承受压力不超出,3.0,10,5,N,，则：,(,g,取,10 m/s,2,),(1),汽车允许最大速率是多少？,答案,图,7,解析,19/56,解析,对汽车受力分析如图，汽车驶至凹形桥面底部时，协力向上，车对桥面压力最大；汽车驶至凸形桥面顶部时，协力向下，车对桥面压力最小,.,汽车在凹形桥底部时，由牛顿第三定律可知，桥面对汽车支持力,N,1,3.0,10,5,N,，依据牛顿第二定律,20/56,21/56,(2),若以所求速率行驶，汽车对桥面最小压力是多少？,答案,解析,答案,1.0,10,5,N,解析,汽车在凸形桥顶部时，由牛顿第二定律得,由牛顿第三定律得，在凸形桥顶部汽车对桥面压力为,1.0,10,5,N,，此即最小压力,.,22/56,二、,“,旋转秋千,”,“,旋转秋千,”,运动可简化为圆锥摆模型,(,如图,8,所表示,),，当小球在水平面内做匀速圆周运动时，回答以下问题：,(1),小球受到几个力作用？什么力提供小球做圆周运动,向心力？,图,8,导学探究,答案,答案,受重力和绳子拉力两个力作用；绳子拉力和重力协力提供小球做圆周运动向心力,.,23/56,(2),“,旋转秋千,”,缆绳与中心轴夹角与什么相关,(,设人质量为,m,，角速度为,，绳长为,l,)?,答案,24/56,答案,如图所表示，设缆绳与中心轴夹角为,，匀速圆周运动半径为,r,F,合,mg,tan,r,l,sin,由牛顿第二定律得,F,合,m,2,r,以上三式联立得,由此能够看出，缆绳与中心轴夹角跟,“,旋转秋千,”,角速度和绳长相关，而与所乘坐人体重无关,.,25/56,如图,9,所表示：,(1),转动平面：水平面,.,(2),向心力：,F,合,mg,tan,.,(3),圆周运动半径：,r,l,sin,.,(4),动力学方程：,mg,tan,m,2,l,sin,.,知识深化,图,9,(6),特点：悬绳与中心轴夹角,跟角速度和绳长相关，与球重量无关，在绳长一定情况下，角速度越大，绳与中心轴夹角也越大,.,26/56,例,2,如图,10,所表示，已知绳长为,L,20 cm,，水平杆长为,L,0.1 m,，小球质量,m,0.3 kg,，整个装置可绕竖直轴转动,.,g,取,10 m/s,2,，要使绳子与竖直方向成,45,角，则：,(,小数点后保留两位,),(1),该装置必须以多大角速度转动才行？,答案,解析,答案,6.44 rad/s,图,10,27/56,解析,小球绕竖直轴做圆周运动，其轨道平面在水平面内，,轨道半径,r,L,L,sin 45.,对小球受力分析如图所表示，设,绳对小球拉力为,T,，小球重力为,mg,，则绳拉力与重力,协力提供小球做圆周运动向心力,.,对小球利用牛顿第二定律可得：,mg,tan 45,m,2,r,r,L,L,sin 45,联立,两式，将数值代入可得,6.44 rad/s,28/56,(2),此时绳子张力为多大？,答案,解析,答案,4.24 N.,29/56,1.,解答相关匀速圆周运动问题普通方法步骤：,(1),确定研究对象、轨迹圆周,(,含圆心、半径和轨道平面,).,(2),受力分析，确定向心力大小,(,合成法、正交分解法等,).,(3),依据向心力公式列方程，必要时列出其它相关方程,.,(4),统一单位，代入数据计算，求出结果或进行讨论,.,规律总结,30/56,2.,几个常见匀速圆周运动实例,图形,受力分析,力分解方法,满足方程及向心加速度,或,mg,tan,m,2,l,sin,a,g,tan,或,mg,tan,mr,2,a,g,tan,31/56,或,mg,tan,mr,2,a,g,tan,a,2,r,32/56,三、火车转弯,设火车转弯时运动为匀速圆周运动,.,(1),假如铁路弯道内外轨一样高，火车在转弯时向心力由什么力提供？会造成怎样后果？,导学探究,答案,33/56,答案,假如铁路弯道内外轨一样高，火车在竖直方向所受重力与支持力平衡，其向心力由外侧车轮轮缘挤压外轨，使外轨发生弹性形变，对轮缘产生弹力来提供,(,如图甲,),；因为火车质量太大，轮缘与外轨间相互作用力太大，会使铁轨和车轮极易受损,.,34/56,(2),实际上在铁路弯道处外轨略高于内轨，试从向心力起源分析这么做有怎样优点,.,答案,答案,假如弯道处外轨略高于内轨，火车在转弯时铁轨对,火车支持力,N,方向不再是竖直，而是斜向弯道内,侧，它与重力,G,协力指向圆心，为火车转弯提供一部分,向心力,(,如图乙,),，从而减轻轮缘与外轨挤压,.,35/56,(3),当轨道平面与水平面之间夹角为,，转弯半径为,R,时，火车行驶速度多大轨道才不受挤压？,答案,答案,火车受力如图丙所表示，则,36/56,答案,37/56,知识深化,图,11,2.,速度与轨道压力关系：,(1),当火车行驶速度,v,等于要求速度,v,0,时，所需向心力仅由重力和弹力协力提供，此时内外轨道对火车无挤压作用,.,(2),当火车行驶速度,v,v,0,时，外轨道对轮缘有侧压力,.,(3),当火车行驶速度,v,m,),，它们与圆盘之间最大静摩擦力均为正压力,倍，两物体用一根长为,L,(,L,R,),轻绳连在一起,.,如图,17,所表示，若将甲物体放在转轴位置上，甲、乙之间连线刚好沿半径方向被拉直，要使两物体与圆盘不发生相对滑动，则圆盘旋转角速度最大不得超出,(,两物体均看做质点,),答案,解析,1,2,3,4,5,图,17,53/56,1,2,3,4,5,54/56,5.,(,圆锥摆,),长为,L,细线，拴一质量为,m,小球，细线上端,固定，让小球在水平面内做匀速圆周运动，如图,18,所表示，,求细线与竖直方向成,角时：,(,重力加速度为,g,),(1),细线中拉力大小,.,答案,解析,1,2,3,4,5,图,18,解析,小球受重力及细线拉力两力作用，如图所表示，竖直方向,T,cos,mg,，故拉力,T,55/56,(2),小球运动线速度大小,.,答案,解析,1,2,3,4,5,解析,小球做圆周运动半径,r,L,sin,，,向心力,F,T,sin,mg,tan,，,56/56,