物理人教版（2019）必修第二册6.4.2竖直面内的圆周运动（共28张ppt）
文档属性
| 名称 | 物理人教版（2019）必修第二册6.4.2竖直面内的圆周运动（共28张ppt） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 30.5MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2023-01-28 15:46:34 | ||
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文档简介
(共28张PPT)
第六章
人教版 高中物理必修二
竖直面内的圆周运动
汽车转弯
02
火车转弯
01
拱形桥
03
航天器中的超失重
04
离心运动
05
课堂引入
过山车为什么很安全的呢
？
物体在竖直面内做的圆周运动是一种典型的变速曲线运动，该类运动常常会涉及临界问题，并伴有“最大”“最小”“刚好”等词语，常见模型有两种：轻绳小球模型和轻杆小球模型。
课堂引入
O
绳
O
杆
绳（轨）球模型
PART 01
mg
O
绳
mg
O
轨道
质点在细绳作用下在竖直面内做圆周运动
质点沿竖直光滑轨道内侧做圆周运动
绳(内轨道)施力特点：只能施加指向圆心的拉力(或压力)．
最高点的动力学方程：
模型及特点
01
mg
O
轨道
最高点分析
02
最低点受力分析：
重力和拉力共同提供向心力
可见，此时绳的拉力最大，若小球通过最低点的速度过大细线可能被拉断。
v
o
mg
FT
最低点分析
03
mg
FN
时FＮ＝０
时FＮ>０
时FＮ<０
v
v2
mg
FN
最高点：
最低点：
注：桶不能对水提供向上的力，水将会洒出杯子。
实例分析——水流星
04
杆（管）球模型
PART 02
mg
O
N
mg
O
N
杆
管道
小球放在一个内壁光滑的封闭管内，使其在竖直面内作圆周运动
轻杆上固定的小球使其在竖直面内作圆周运动
模型及特点
01
杆(管)施力特点：可拉、可压，可向上、可向下；
最高点的动力学方程：
FN
mg
o
如图，由于杆和管在最高处能对小球产生向上的支持力，故小球恰能到达最高点的最小速度v＝0，此时小球受到的支持力FN＝mg.
r
FN
mg
最高点的临界速度
02
最高点的受力情况
03
小球通过最高点时，轨道对小球的弹力情况：
1.v＞ ，杆或管的外侧对球产生向下的弹力，F随v增大而增大．
2.v＝ ，球在最高点只受重力，不受杆或管的作用力，F＝0.3.0＜v＜ ，杆或管的内侧对球产生向上的弹力，F随v的增大而减小．
O
O
杆
管道
mg
o
r
FN
mg
v
mg
FT
重力和杆的拉力(或环的支持力）的合力提供向心力
可见，此时杆的拉力(或环的支持力）最大。
最低点的受力情况
04
模型总结
PART 03
物理情景 最高点无支撑 最高点有支撑
实例 球与绳连接、水流星、沿内轨道运动的“过山车”等 球与杆连接、球在光滑
管道中运动等
图示
受力 特征 物体受到的弹力方向： 向下或等于零 物体受到的弹力方向：
向下、等于零或向上
模型对比
01
模型对比
01
模型解题思路
02
巩固提升
PART 04
【练习1】（2022浙江大学附属中学高一期中）如图所示，甲、乙、丙、丁是游乐场中比较常见的过山车，甲、乙两圈的轨道车在轨道的外侧做圆周运动，丙、丁两图的轨道车在轨道的内侧做圆周运动，两种过山车都有安全锁（由上、下、侧三个轮子组成把轨道车套在了轨道上，四个图中轨道的半径都为R，下列说法正确的是（ ）
A．甲图中，当轨道车以一定的速度通过轨道最高点时，座椅一定给游客向上的力
B．乙图中，当轨道车以一定的速度通过轨道最低点时，安全带一定给游客向上的力
C．丙图中，当轨道车以一定的速度通过轨道最低点时，座椅给人的力一定小于重力
D．丁图中，若轨道车过最高点的速度大于，安全带一定给游客向上的力
【参考答案】B
课堂练习
【练习2】（多选）如图所示，小球在竖直放置的光滑圆形管道内做圆周运动，内侧壁半径为R，小球半径为r，重力加速度为g。下列说法正确的是（ ）
A．小球通过最高点时的最小速度
B．小球通过最高点时的最小速度
C．小球在水平线ab以下的管道中运动时，内侧管壁对小球一定有作用力
D．小球在水平线ab以下的管道中运动时，外侧管壁对小球一定有作用力
【参考答案】BD
课堂练习
【练习3】如图甲所示，用一轻质绳拴着一质量为m的小球，在竖直平面内做圆周运动（不计一切阻力），小球运动到最高点时绳对小球的拉力为FT，小球在最高点的速度大小为v，其FT-v2图像如图乙所示，则（ ）
A．数据a与小球的质量无关
B．当地的重力加速度为
C．当v2＝c时，轻质绳的拉力大小为
D．当v2＝2b时，小球受到的拉力与重力大小相等
【参考答案】D
课堂练习
【练习4】如图所示，一个固定在竖直平面上的光滑半圆形管道，管道里有一个直径略小于管道内径的小球，小球在管道内做圆周运动，从B点脱离后做平抛运动，经过0.3s后又恰好垂直与倾角为450的斜面相碰。已知半圆形管道的半径R=1m，小球可看作质点且其质量为m=1kg，g取10m/s2。则（ ）
A．小球经过管道的B点时，受到下管道的作用力FNB的大小是1N
B．小球经过管道的B点时，受到上管道的作用力FNB的大小是2N
C．小球在斜面上的相碰点C与B点的水平距离是0.45m
D．小球在斜面上的相碰点C与B点的竖直距离是0.9m
【参考答案】A
课堂练习
【练习5】小明同学站在水平地面上，手握不可伸长的轻绳一端，绳的另一端系有质量为m = 100g的小球（大小不计），甩动手腕，使球在竖直平面内做圆周运动。当球在某次运动到最低点时，绳怡好达到所能承受的最大拉力F而断掉，球飞行水平距离s后恰好无碰撤地落在邻近的一倾角为α = 53°的光滑固定斜面体上并沿斜面下滑。已知斜面体顶端与小球做圆周运动最低点的高度差h = 0.8m，绳长r = 0.3m，重力加速度g取10m/s2，sin53° = 0.8，cos53° = 0.6。求：
（1）绳断时小球的速度大小v1和小球在圆周
最低点与斜面体的水平距离s；
（2）绳能承受的最大拉力F的大小。
【参考答案】AB
课堂练习
课堂练习
【练习6】如图甲所示，长L=1m的轻杆的一端固定在水平转轴O上，另一端固定一质量m=0.5kg的小球，小球随轻杆绕转轴在竖直平面内做线速度v=2m/s的匀速圆周运动，重力加速度g取10m/s2，不计空气阻力。
（1）小球运动到最高点时，求轻杆对小球的作用力F1；
（2）小球运动到水平位置A时，求轻杆对小球的作用力大小F2；
（3）若将轻杆换成轻绳，再将小球提至转轴
正上方的B点，此时绳刚好伸直且无张力，然
后将球以水平速度抛出，如图乙所示。求从抛
出小球到绳再次伸直的时间t。
课堂练习
课堂练习
人教版 高中物理必修二
专题 竖直面内的圆周运动
第六章
人教版 高中物理必修二
竖直面内的圆周运动
汽车转弯
02
火车转弯
01
拱形桥
03
航天器中的超失重
04
离心运动
05
课堂引入
过山车为什么很安全的呢
？
物体在竖直面内做的圆周运动是一种典型的变速曲线运动，该类运动常常会涉及临界问题，并伴有“最大”“最小”“刚好”等词语，常见模型有两种：轻绳小球模型和轻杆小球模型。
课堂引入
O
绳
O
杆
绳（轨）球模型
PART 01
mg
O
绳
mg
O
轨道
质点在细绳作用下在竖直面内做圆周运动
质点沿竖直光滑轨道内侧做圆周运动
绳(内轨道)施力特点：只能施加指向圆心的拉力(或压力)．
最高点的动力学方程：
模型及特点
01
mg
O
轨道
最高点分析
02
最低点受力分析：
重力和拉力共同提供向心力
可见，此时绳的拉力最大，若小球通过最低点的速度过大细线可能被拉断。
v
o
mg
FT
最低点分析
03
mg
FN
时FＮ＝０
时FＮ>０
时FＮ<０
v
v2
mg
FN
最高点：
最低点：
注：桶不能对水提供向上的力，水将会洒出杯子。
实例分析——水流星
04
杆（管）球模型
PART 02
mg
O
N
mg
O
N
杆
管道
小球放在一个内壁光滑的封闭管内，使其在竖直面内作圆周运动
轻杆上固定的小球使其在竖直面内作圆周运动
模型及特点
01
杆(管)施力特点：可拉、可压，可向上、可向下；
最高点的动力学方程：
FN
mg
o
如图，由于杆和管在最高处能对小球产生向上的支持力，故小球恰能到达最高点的最小速度v＝0，此时小球受到的支持力FN＝mg.
r
FN
mg
最高点的临界速度
02
最高点的受力情况
03
小球通过最高点时，轨道对小球的弹力情况：
1.v＞ ，杆或管的外侧对球产生向下的弹力，F随v增大而增大．
2.v＝ ，球在最高点只受重力，不受杆或管的作用力，F＝0.3.0＜v＜ ，杆或管的内侧对球产生向上的弹力，F随v的增大而减小．
O
O
杆
管道
mg
o
r
FN
mg
v
mg
FT
重力和杆的拉力(或环的支持力）的合力提供向心力
可见，此时杆的拉力(或环的支持力）最大。
最低点的受力情况
04
模型总结
PART 03
物理情景 最高点无支撑 最高点有支撑
实例 球与绳连接、水流星、沿内轨道运动的“过山车”等 球与杆连接、球在光滑
管道中运动等
图示
受力 特征 物体受到的弹力方向： 向下或等于零 物体受到的弹力方向：
向下、等于零或向上
模型对比
01
模型对比
01
模型解题思路
02
巩固提升
PART 04
【练习1】（2022浙江大学附属中学高一期中）如图所示，甲、乙、丙、丁是游乐场中比较常见的过山车，甲、乙两圈的轨道车在轨道的外侧做圆周运动，丙、丁两图的轨道车在轨道的内侧做圆周运动，两种过山车都有安全锁（由上、下、侧三个轮子组成把轨道车套在了轨道上，四个图中轨道的半径都为R，下列说法正确的是（ ）
A．甲图中，当轨道车以一定的速度通过轨道最高点时，座椅一定给游客向上的力
B．乙图中，当轨道车以一定的速度通过轨道最低点时，安全带一定给游客向上的力
C．丙图中，当轨道车以一定的速度通过轨道最低点时，座椅给人的力一定小于重力
D．丁图中，若轨道车过最高点的速度大于，安全带一定给游客向上的力
【参考答案】B
课堂练习
【练习2】（多选）如图所示，小球在竖直放置的光滑圆形管道内做圆周运动，内侧壁半径为R，小球半径为r，重力加速度为g。下列说法正确的是（ ）
A．小球通过最高点时的最小速度
B．小球通过最高点时的最小速度
C．小球在水平线ab以下的管道中运动时，内侧管壁对小球一定有作用力
D．小球在水平线ab以下的管道中运动时，外侧管壁对小球一定有作用力
【参考答案】BD
课堂练习
【练习3】如图甲所示，用一轻质绳拴着一质量为m的小球，在竖直平面内做圆周运动（不计一切阻力），小球运动到最高点时绳对小球的拉力为FT，小球在最高点的速度大小为v，其FT-v2图像如图乙所示，则（ ）
A．数据a与小球的质量无关
B．当地的重力加速度为
C．当v2＝c时，轻质绳的拉力大小为
D．当v2＝2b时，小球受到的拉力与重力大小相等
【参考答案】D
课堂练习
【练习4】如图所示，一个固定在竖直平面上的光滑半圆形管道，管道里有一个直径略小于管道内径的小球，小球在管道内做圆周运动，从B点脱离后做平抛运动，经过0.3s后又恰好垂直与倾角为450的斜面相碰。已知半圆形管道的半径R=1m，小球可看作质点且其质量为m=1kg，g取10m/s2。则（ ）
A．小球经过管道的B点时，受到下管道的作用力FNB的大小是1N
B．小球经过管道的B点时，受到上管道的作用力FNB的大小是2N
C．小球在斜面上的相碰点C与B点的水平距离是0.45m
D．小球在斜面上的相碰点C与B点的竖直距离是0.9m
【参考答案】A
课堂练习
【练习5】小明同学站在水平地面上，手握不可伸长的轻绳一端，绳的另一端系有质量为m = 100g的小球（大小不计），甩动手腕，使球在竖直平面内做圆周运动。当球在某次运动到最低点时，绳怡好达到所能承受的最大拉力F而断掉，球飞行水平距离s后恰好无碰撤地落在邻近的一倾角为α = 53°的光滑固定斜面体上并沿斜面下滑。已知斜面体顶端与小球做圆周运动最低点的高度差h = 0.8m，绳长r = 0.3m，重力加速度g取10m/s2，sin53° = 0.8，cos53° = 0.6。求：
（1）绳断时小球的速度大小v1和小球在圆周
最低点与斜面体的水平距离s；
（2）绳能承受的最大拉力F的大小。
【参考答案】AB
课堂练习
课堂练习
【练习6】如图甲所示，长L=1m的轻杆的一端固定在水平转轴O上，另一端固定一质量m=0.5kg的小球，小球随轻杆绕转轴在竖直平面内做线速度v=2m/s的匀速圆周运动，重力加速度g取10m/s2，不计空气阻力。
（1）小球运动到最高点时，求轻杆对小球的作用力F1；
（2）小球运动到水平位置A时，求轻杆对小球的作用力大小F2；
（3）若将轻杆换成轻绳，再将小球提至转轴
正上方的B点，此时绳刚好伸直且无张力，然
后将球以水平速度抛出，如图乙所示。求从抛
出小球到绳再次伸直的时间t。
课堂练习
课堂练习
人教版 高中物理必修二
专题 竖直面内的圆周运动