教科版高一必修二第二章第3节圆周运动实例分析（24张ppt）
文档属性
| 名称 | 教科版高一必修二第二章第3节圆周运动实例分析（24张ppt） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 2.0MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 教科版 | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2020-04-25 07:26:09 | ||
图片预览
文档简介
(共24张PPT)
2.3 圆周运动的实例分析
一．汽车过桥问题
（1）、汽车在水平桥面上匀速行驶时，桥面受到的压力多大？
（2）、如果汽车在拱形桥顶点静止时，桥面受到的压力多大？
思考：
N
mg
N
mg
一．汽车过桥问题
1、质量为m 的汽车以速度v 通过拱形桥最高点时，若桥面的圆弧半径为R，则此时汽车对桥面的压力多大？
解：mg 和N 的合力提供汽车做圆周运动的向心力，由牛顿第二定律得：
N
mg
（ 1 ）由牛顿第三定律可知汽车对桥的压力N ?= N（２）汽车的速度越大，汽车对桥的压力越小
（３）当汽车的速度增大到 时,汽车对桥的压力为零。
o
R
平抛运动
思考：
一．汽车过桥问题
质量为m的汽车以速度 通过半径为R的半圆形拱形桥最高点后落在何处？
mg
o
R
一．汽车过桥问题
2、质量为m的汽车以速度v通过凹形桥的最低点，若桥面的圆弧半径为R，此时汽车对桥的压力多大？
解：mg和N的合力提供汽车做圆周运动的向心力，由牛顿第二定律得：
（ 1 ）由牛顿第三定律可知汽车对桥的压力N?= N > mg
（２）汽车的速度越大，汽车对桥的压力越大
N
mg
o
R
总结比较质量为m的汽车，以速度v，通过不同的桥面对桥的压力。
一．汽车过桥问题
失重
超重
最高点
最低点
N
mg
N
mg
N
mg
a
a
总结：
解决圆周运动问题的步骤
(1)明确研究对象。
(2)明确物体做匀速圆周运动的轨道平面。
(3)对研究对象进行受力分析,画出受力示意图，找向心力来源。
(4)列动力学方程求解。
一．汽车过桥问题
二．圆锥摆
讨论交流：
1、“旋转秋千”中缆绳跟中心轴的夹角与哪些因素有关？
2、体重不同的人坐在秋千上旋转时，缆绳跟中心轴的夹角相同吗？
物理模型构建
“旋转秋千”的运动经过简化，可以看做如图的物理模型：在一根长为 l 的细线下面系一根质量为m 的小球，将小球拉离竖直位置，使悬线与竖直方向成α 角，给小球一根初速度，使小球在水平面内做圆周运动，悬线旋转形成一个圆锥面，这种装置叫做圆锥摆。
二．圆锥摆
二．圆锥摆
对小球分析，小球的向心力由T和G的合力提供
根据牛顿第二定律，可得：
解得：
根据几何关系可知：
代入上式解得：
所以：
夹角与角速度和绳长有关，而与所乘坐的人体重无关
二．圆锥摆
变式1：如同所示，细绳拉着A、B两球在同一水平面内做匀速圆周运动，比较他们角速度、周期、线速度的大小关系？
A
B
h
小技巧：具有相同高度的圆锤摆周期相同
由
可知：
变式2：如同所示，长度不同的细绳拉着A、B两球在水平面内做匀速圆周运动，两细绳的偏角都为θ，比较他们周期、线速度、向心加速度的大小关系？
二．圆锥摆
A
B
θ θ
由
可知：
小技巧：具有相同锥角的圆锤摆向心加速度相同。
火车在转弯时，若内外轨是相平的，铁轨如何对火车提供水平方向的向心力？
讨论交流
三．火车转弯
三．火车转弯
1.认识火车的“车轮”：
内轨
外轨
轮缘
外轮
内轮
轮距
G
FN
F弹
2、火车在转弯时，若内外轨是相平的，铁轨如何对火车提供水平方向的向心力？
外轨对轮缘的弹力为火车转弯提供向心力
设计方案有什么不足呢？
三．火车转弯
外轨
内轨
N外
N
G
外
火车质量m很大
外轨与轮缘的相互作用力很大
外轨和外轮之间的磨损大， 铁轨容易受到损坏
讨论：若要解决这个问题？能采取什么可行性措施？（目的是减少外轨与外轮之间的挤压）
三．火车转弯
3、优化方案：转弯处外轨高于内轨
三．火车转弯
外侧
α
内侧
FN
mg
F
例：设内外轨平面与水平面的倾角为ɑ,的火车转弯的半径为R，则火车转弯速度为多少时，对内外轨均无压力？
由牛顿第二定律，可知：
时，对外轨轮沿有弹力
当
时，对内轨轮沿有弹力
当
变式：铁路转弯处的圆弧半径是300m，轨距是1435mm。规定火车通过这里的速度是72km/h，内外轨的高度差应该是多大才能使外轨不受轮缘的挤压？
解：
h是内外轨高度差，d是轨距
G
N
h
d
α
α
得到：
由牛顿第二定律，可知：
由于α太小，可以近似有：
代入上式，得：
所以内外轨的高度差：
汽车转弯
⑴、水平路面
⑵、倾斜路面
v
研究圆周运动的要点
从“供”“需”两方面来进行研究
“供”——分析物体受力，求沿半径方向的合外力。
“需”——确定物体轨道，定圆心、找半径、用公式，求出所需向心力。
“供”“需”平衡就做圆周运动
四、离心运动
1、定义
做圆周运动的物体，由于合外力提供的向心力消失或不足，以致物体沿圆周运动的切线方向飞出或远离圆心而去的运动叫做离心运动。
2、物体作离心运动的条件：
（１）离心现象的本质是物体惯性的表现。
3.离心运动本质：
（２）离心运动是物体逐渐远离圆心的一种物理现象。
四、离心运动
①应用：洗衣机脱水桶、离心干燥器、离心水泵
4、应用与防止
②防止：为防止汽车转弯、砂轮转动时发生离心现象，都要限速
总结
作业：
1、教材P35练习与评价1、2、3、4题
2、练习册
2.3 圆周运动的实例分析
一．汽车过桥问题
（1）、汽车在水平桥面上匀速行驶时，桥面受到的压力多大？
（2）、如果汽车在拱形桥顶点静止时，桥面受到的压力多大？
思考：
N
mg
N
mg
一．汽车过桥问题
1、质量为m 的汽车以速度v 通过拱形桥最高点时，若桥面的圆弧半径为R，则此时汽车对桥面的压力多大？
解：mg 和N 的合力提供汽车做圆周运动的向心力，由牛顿第二定律得：
N
mg
（ 1 ）由牛顿第三定律可知汽车对桥的压力N ?= N
（３）当汽车的速度增大到 时,汽车对桥的压力为零。
o
R
平抛运动
思考：
一．汽车过桥问题
质量为m的汽车以速度 通过半径为R的半圆形拱形桥最高点后落在何处？
mg
o
R
一．汽车过桥问题
2、质量为m的汽车以速度v通过凹形桥的最低点，若桥面的圆弧半径为R，此时汽车对桥的压力多大？
解：mg和N的合力提供汽车做圆周运动的向心力，由牛顿第二定律得：
（ 1 ）由牛顿第三定律可知汽车对桥的压力N?= N > mg
（２）汽车的速度越大，汽车对桥的压力越大
N
mg
o
R
总结比较质量为m的汽车，以速度v，通过不同的桥面对桥的压力。
一．汽车过桥问题
失重
超重
最高点
最低点
N
mg
N
mg
N
mg
a
a
总结：
解决圆周运动问题的步骤
(1)明确研究对象。
(2)明确物体做匀速圆周运动的轨道平面。
(3)对研究对象进行受力分析,画出受力示意图，找向心力来源。
(4)列动力学方程求解。
一．汽车过桥问题
二．圆锥摆
讨论交流：
1、“旋转秋千”中缆绳跟中心轴的夹角与哪些因素有关？
2、体重不同的人坐在秋千上旋转时，缆绳跟中心轴的夹角相同吗？
物理模型构建
“旋转秋千”的运动经过简化，可以看做如图的物理模型：在一根长为 l 的细线下面系一根质量为m 的小球，将小球拉离竖直位置，使悬线与竖直方向成α 角，给小球一根初速度，使小球在水平面内做圆周运动，悬线旋转形成一个圆锥面，这种装置叫做圆锥摆。
二．圆锥摆
二．圆锥摆
对小球分析，小球的向心力由T和G的合力提供
根据牛顿第二定律，可得：
解得：
根据几何关系可知：
代入上式解得：
所以：
夹角与角速度和绳长有关，而与所乘坐的人体重无关
二．圆锥摆
变式1：如同所示，细绳拉着A、B两球在同一水平面内做匀速圆周运动，比较他们角速度、周期、线速度的大小关系？
A
B
h
小技巧：具有相同高度的圆锤摆周期相同
由
可知：
变式2：如同所示，长度不同的细绳拉着A、B两球在水平面内做匀速圆周运动，两细绳的偏角都为θ，比较他们周期、线速度、向心加速度的大小关系？
二．圆锥摆
A
B
θ θ
由
可知：
小技巧：具有相同锥角的圆锤摆向心加速度相同。
火车在转弯时，若内外轨是相平的，铁轨如何对火车提供水平方向的向心力？
讨论交流
三．火车转弯
三．火车转弯
1.认识火车的“车轮”：
内轨
外轨
轮缘
外轮
内轮
轮距
G
FN
F弹
2、火车在转弯时，若内外轨是相平的，铁轨如何对火车提供水平方向的向心力？
外轨对轮缘的弹力为火车转弯提供向心力
设计方案有什么不足呢？
三．火车转弯
外轨
内轨
N外
N
G
外
火车质量m很大
外轨与轮缘的相互作用力很大
外轨和外轮之间的磨损大， 铁轨容易受到损坏
讨论：若要解决这个问题？能采取什么可行性措施？（目的是减少外轨与外轮之间的挤压）
三．火车转弯
3、优化方案：转弯处外轨高于内轨
三．火车转弯
外侧
α
内侧
FN
mg
F
例：设内外轨平面与水平面的倾角为ɑ,的火车转弯的半径为R，则火车转弯速度为多少时，对内外轨均无压力？
由牛顿第二定律，可知：
时，对外轨轮沿有弹力
当
时，对内轨轮沿有弹力
当
变式：铁路转弯处的圆弧半径是300m，轨距是1435mm。规定火车通过这里的速度是72km/h，内外轨的高度差应该是多大才能使外轨不受轮缘的挤压？
解：
h是内外轨高度差，d是轨距
G
N
h
d
α
α
得到：
由牛顿第二定律，可知：
由于α太小，可以近似有：
代入上式，得：
所以内外轨的高度差：
汽车转弯
⑴、水平路面
⑵、倾斜路面
v
研究圆周运动的要点
从“供”“需”两方面来进行研究
“供”——分析物体受力，求沿半径方向的合外力。
“需”——确定物体轨道，定圆心、找半径、用公式，求出所需向心力。
“供”“需”平衡就做圆周运动
四、离心运动
1、定义
做圆周运动的物体，由于合外力提供的向心力消失或不足，以致物体沿圆周运动的切线方向飞出或远离圆心而去的运动叫做离心运动。
2、物体作离心运动的条件：
（１）离心现象的本质是物体惯性的表现。
3.离心运动本质：
（２）离心运动是物体逐渐远离圆心的一种物理现象。
四、离心运动
①应用：洗衣机脱水桶、离心干燥器、离心水泵
4、应用与防止
②防止：为防止汽车转弯、砂轮转动时发生离心现象，都要限速
总结
作业：
1、教材P35练习与评价1、2、3、4题
2、练习册