生活中的圆周运动__课件(人教版必修2)

(共58张PPT)
第七节　生活中的圆周运动
课标定位
学习目标：1.知道什么是离心现象及物体做离心运动的条件．
2．能用所学知识解决生产、生活中有关圆周运动的实际问题．
3．知道离心运动在实际中的应用、危害及防止措施．
重点难点：利用物体做离心运动的条件分析、解决实际问题．
核心要点突破
课堂互动讲练
知能优化训练
第七节
课前自主学案
课前自主学案
一、铁路的弯道
1．火车转弯时的运动特点
火车转弯时做的是____运动，因而具有向心加速度，需要提供______．
2．转弯处内外轨一样高的缺点
如果转弯处内外轨一样高，则由________________提供向心力，这样铁轨和车轮极易受损．
圆周
向心力
外轨对轮缘的弹力
3．铁路弯道的特点
(1)转弯处外轨略___于内轨．
(2)铁轨对火车的支持力不是竖直向上的，而是斜向弯道的____．
(3)铁轨对火车的支持力与火车所受重力的合力指向轨道的____，它提供了火车做圆周运动所需的______．
注意：由铁路弯道上火车的受力特点进一步说明了向心力是按效果命名的力．
内侧
圆心
向心力
高
二、拱形桥
1．向心力来源
汽车过拱形桥时做圆周运动，所需向心力由____和桥面的______提供．
2．拱形桥上的受力特点
图5－7－1
重力
支持力
图5－7－2
完全失重
完全失重
四、离心运动
1.定义：在向心力突然消失或合力不足
以提供所需的向心力时，物体__________或做____________的运动．
沿切线飞出
逐渐远离圆心
2．离心运动与受力的关系如图5－7－3所示．
图5－7－3
核心要点突破
图5－7－4
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．即火车的向心加速度和向心力均是沿水平面而指向圆心．
3．速度与轨道压力的关系
(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弹力的合力提供，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弹力的合力提供，此时内外轨道对火车轮缘有挤压作用，具体情况如下：
①当火车行驶速度v>v0时，外轨道对轮缘有侧压力．
②当火车行驶速度v即时应用 (即时突破，小试牛刀)
1．火车轨道在转弯处外轨高于内轨，其高度差由转弯半径与火车速度确定．若在某转弯处规定行驶速度v，则下列说法中正确的是(　　)
A．当以v的速度通过此弯道时，火车重力与轨道面支持力的合力提供向心力
B．当以v的速度通过此弯道时，火车重力、轨道面支持力和外轨对轮缘弹力的合力提供向心力
C．当速度大于v时，轮缘挤压外轨
D．当速度小于v时，轮缘挤压外轨
解析：选AC.铁路转弯处，火车需要向心力，当火车按规定行驶速度v通过转弯处时，支持力和重力的合力可提供向心力，A对，B错．当速度大于v时，火车需要的向心力增大，轮缘挤压外轨，火车重力、轨道面支持力和外轨对轮缘弹力的合力提供向心力，C对，D错．
二、对离心运动的理解
1．离心运动的实质
离心运动实质是物体惯性的表现．做圆周运动的物体，总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．从某种意义上说，向心力的作用是不断地把物体从圆周运动的切线方向拉到圆周上来．一旦作为向心力的合外力突然消失或不足以提供向心力，物体就会发生离心运动．
2．合外力与向心力的关系(如图5－7－5)
图5－7－5
特别提醒：(1)离心运动并不是受到离心力的作用产生的运动．
(2)离心运动并不是沿半径方向向外远离圆心的运动．
即时应用 (即时突破，小试牛刀)
2．下列关于离心现象的说法正确的是(　　)
A．当物体所受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，它将做背离圆心的运动
C．做匀速圆周运动的物体，当它所受的一切力都消失时，它将沿切线做直线运动
D．将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
解析：选C.做匀速圆周运动的物体的向心力是效果力．产生离心现象的原因是F合图5－7－6
2．轻杆模型
如图5－7－7所示，在细轻杆上固定的小球或在管形轨道内运动的小球，由于杆和管能对小球产生向上的支持力，所以小球能在竖直平面内做半径为R的圆周运动的条件是在最高点的速度大于或等于零，小球的受力情况为：
图5－7－7
特别提醒：对竖直平面内的圆周运动
(1)要明确运动的模型，即绳或杆．
(2)由不同模型的临界条件分析受力，找到向心力的来源．
课堂互动讲练
(2011年秦皇岛高一检测)火车以半径r＝900 m转弯，火车质量为8×105 kg，轨道宽为l＝1.4 m，外轨比内轨高h＝14 cm，为了使铁轨不受轮缘的挤压，火车的速度应为多大？(g取10 m/s2)
车辆转弯问题的计算
例1
【思路点拨】　解答本题应该把握以下三点：
(1)火车转弯的向心力由其受到的重力和支持力的合力提供．
(2)火车的轨道平面是水平的．
(3)当α很小时，可以近似认为sinα＝tanα.
【精讲精析】　若火车在转弯时不受挤压，即由重力和支持力的合力提供向心力，火车转弯平面是水平面．火车受力如图5－7－8所示，由牛顿第二定律得：
图5－7－8
【答案】　30 m/s
【方法总结】　车辆转弯中，重力和支持力的合力沿水平方向，有的同学误认为沿“斜面”向下．
变式训练1　如图5－7－9所示，高速公路转弯处弯道圆半径R＝100 m，汽车轮胎与路面间的动摩擦因数μ＝0.23.若路面是水平的，问汽车转弯时不发生径向滑动(离心现象)所许可的最大速率vm为多大？当超过vm时，将会出现什么现象？(g＝9.8 m/s2)
图5－7－9
答案：见解析
如图5－7－10所示，质量m＝2.0×104 kg的汽车以不变的速率先后驶过凹形桥面和凸形桥面，两桥面的圆弧半径均为20 m．如果桥面承受的压力不得超过3.0×105 N，则：
拱形桥问题的计算
例2
图5－7－10
(1)汽车允许的最大速率是多少？
(2)若以所求速度行驶，汽车对桥面的最小压力是多少？(g取10 m/s2)
【思路点拨】　首先判断汽车在何位置对路面的压力最大、最小，然后利用向心力公式求解．
【答案】　(1)10 m/s　(2)105 N
变式训练2　如图5－7－11所示，汽车在炎热的夏天沿不平的曲面行驶，其中最容易发生爆胎的点是(假定汽车运动速率va＝vc，vb＝vd)(　　)
图5－7－11
A．a点　　　　　　　　　B．b点
C．c点 D．d点
一细杆与水桶相连，水桶中装有水，水桶与细杆一起在竖直平面内做圆周运动，如图5－7－12所示，水的质量m＝0.5 kg，水的重心到转轴的距离l＝60 cm.
图5－7－12
竖直平面内的临界问题
例3
(1)若在最高点水不流出来，求桶的最小速率．
(2)若在最高点的水桶速率v＝3 m/s，求水对桶底的压力．(g取9.8 m/s2)
【思路点拨】　以水桶中的水为研究对象，在最高点水恰好不流出来，说明水的重力恰好提供其做圆周运动所需的向心力，此时桶的速率最小．
【答案】　(1)2.42 m/s　(2)2.6 N　方向竖直向上
变式训练3　(2011年福建模拟)如图5－7－13所示，轻杆的一端有一个小球，另一端连接光滑的固定轴O.现给球一初速度，使球和杆一起绕O轴在竖直面内转动，不计空气阻力，用F表示球到达最高点时杆对小球的作用力，则F(　　)
图5－7－13
A．一定是拉力
B．一定是推力
C．一定等于0
D．可能是拉力，可能是推力，也可能等于0
本部分内容讲解结束
点此进入课件目录
按ESC键退出全屏播放