高中物理人教版必修2课件：5.7 生活中的圆周运动
文档属性
| 名称 | 高中物理人教版必修2课件：5.7 生活中的圆周运动 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 4.2MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2020-05-06 15:10:31 | ||
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文档简介
(共50张PPT)
7.生活中的圆周运动
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一、铁路的弯道(见课本第26页)
1.火车在弯道上的运动特点
火车在弯道上运动时实际上在做圆周运动,因而具有向心加速度,由于其质量巨大,需要很大的向心力。
2.向心力的来源
(1)若转弯时内外轨一样高,则由外轨对轮缘的弹力提供向心力,这样,铁轨和车轮极易受损。
(2)内外轨有高度差。依据转弯半径和速度,适当选择内外轨的高度差,使转弯时所需的向心力由支持力和重力的合力来提供。
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二、拱形桥(见课本第27页)
1.汽车过凸形桥(如图甲)
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2.汽车过凹形桥(如图乙)
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三、航天器中的失重现象(见课本第28页)
1.航天器在近地轨道的运动:
2.对失重现象的认识:航天器内的任何物体都处于完全失重状态,但并不是物体不受重力。正因为受到重力作用才使航天器连同其中的乘员环绕地球转动。
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四、离心运动(见课本第28页)
1.定义:物体沿切线飞出或做逐渐远离圆心的运动。
2.原因:向心力突然消失或合外力不足以提供所需的向心力。
3.应用:洗衣机的脱水桶,制作无缝钢管、水泥管道、水泥电线杆等。
填一填
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如图所示,是用模拟实验来研究汽车通过拱形桥的最高点时对桥面的压力。在较大的平直木板上相隔一定距离钉几个钉子,将三合板弯曲成拱桥形卡入钉子内形成拱形桥,三合板上表面事先铺上一层牛仔布以增加摩擦,这样玩具车就可以在桥面上跑起来了。把这套系统放在电子秤上做实验,关于实验中电子秤的示数下列说法正确的是( )
填一填
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A.玩具车静止在拱桥顶端时的示数小一些
B.玩具车运动通过拱桥顶端时的示数大一些
C.玩具车运动通过拱桥顶端时处于超重状态
D.玩具车运动通过拱桥顶端时速度越大(未离开拱桥),示数越小
答案：D
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究一
探究二
探究三
探究四
火车转弯问题分析?
火车在铁轨上转弯可以看成是做匀速圆周运动,火车速度提高易使外轨受损。如何解决火车高速转弯时使外轨受损这一难题呢?
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究一
探究二
探究三
探究四
1.轨道分析
火车在转弯过程中,运动轨迹是一圆弧,由于火车转弯过程中重心高度不变,故火车轨迹所在的平面是水平面,而不是斜面。火车的向心加速度和向心力均沿水平面指向圆心。
2.向心力分析
如图所示,火车速度合适时,火车受重力和支持力作用,火车转弯所需的向心力完全由重力和支持力的合力提供,合力沿水平方向,大小F=mgtan θ。
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究一
探究二
探究三
探究四
3.规定速度分析
4.轨道轮缘压力与火车速度的关系
(1)当火车行驶速率v等于规定速度v0时,内、外轨道对轮缘都没有侧压力。
(2)当火车行驶速度v大于规定速度v0时,火车有离心运动趋势,故外轨道对轮缘有侧压力。
(3)当火车行驶速度v小于规定速度v0时,火车有向心运动趋势,故内轨道对轮缘有侧压力。
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究一
探究二
探究三
探究四
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究一
探究二
探究三
探究四
【例题1导学号61270034有一列质量为100 t的火车,以72 km/h的速率匀速通过一个内外轨一样高的弯道,轨道半径为400 m。(g取10 m/s2)
(1)试计算铁轨受到的侧压力。
(2)若要使火车以此速率通过弯道,且使铁轨受到的侧压力为零,我们可以适当倾斜路基,试计算路基倾斜角度θ的正切值。
点拨第(1)问中,外轨对轮缘的侧压力提供火车转弯所需要的向心力;第(2)问中,重力和铁轨对火车的支持力的合力提供火车转弯的向心力。
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究一
探究二
探究三
探究四
解析：(1)外轨对轮缘的侧压力提供火车转弯所需要的向心力,
由牛顿第三定律可知铁轨受到的侧压力大小等于105 N。
(2)火车过弯道,重力和铁轨对火车的弹力的合力正好提供向心力,
答案：(1)1×105 N (2)0.1
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究一
探究二
探究三
探究四
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究一
探究二
探究三
探究四
变式训练1 (多选)火车在铁轨上转弯可以看作是做匀速圆周运动,火车速度提高易使外轨受损。为解决火车高速转弯时使外轨受损这一难题,你认为理论上可行的措施是( )
A.减小弯道半径
B.增大弯道半径
C.适当减小内外轨道的高度差
D.适当增加内外轨道的高度差
解析：当火车速度增大时,可适当增大转弯半径或适当增加内外轨道的高度差,以减小外轨所受压力。
答案：BD
探究一
探究二
探究三
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究四
汽车过桥问题分析?
如图所示,在某次军事演习中,一辆战车以恒定的速度在起伏不平的路面上行进,战车在哪一点对路面的压力最大?在哪一点对路面的压力最小呢?
探究一
探究二
探究三
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究四
1.关于汽车过拱形桥问题,用图表概括如下:
探究一
探究二
探究三
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究四
2.汽车在凸形桥的最高点处于失重状态,在凹形桥的最低点处于超重状态。
探究一
探究二
探究三
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究四
【例题2】导学号61270035如图所示,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:
(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)
探究一
探究二
探究三
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究四
点拨首先要确定汽车在何位置时对路面的压力最大,汽车经过凹形路面时,向心加速度方向向上,汽车处于超重状态;经过凸形路面时,向心加速度向下,汽车处于失重状态,所以汽车经过凹形路面最低点时,汽车对路面的压力最大。
解析：(1)汽车在凹形桥底部时,由牛顿第二定律得
代入数据解得v=10 m/s。
(2)汽车在凸形桥顶部时,由牛顿第二定律得
代入数据得FN'=1.0×105 N。
由牛顿第三定律知汽车对桥面的最小压力是1.0×105 N。
答案：(1)10 m/s (2)1.0×105 N
探究一
探究二
探究三
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究四
探究一
探究二
探究三
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究四
变式训练2 如图,当汽车通过拱桥顶点的速度为10 m/s时,车对桥顶的压力为车重的 ,如果要使汽车在桥面行驶至桥顶时,对桥面的压力为零,则汽车通过桥顶的速度应为( )
A.15 m/s B.20 m/s
C.25 m/s D.30 m/s
答案：B
探究一
探究二
探究三
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究四
竖直面内的圆周运动?
小球分别在轻绳(如图甲)和轻杆(如图乙)的一端绕另一端在竖直平面内运动,请思考:
(1)小球要在竖直平面内完成圆周运动,经过最高点时的最小速度能为零吗?
(2)小球经过最高点时,与绳(或杆)之间的作用力可以为零吗?
探究一
探究二
探究三
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究四
探究一
探究二
探究三
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究四
物体在竖直平面内做圆周运动时,通常受弹力和重力两个力的作用,物体做变速圆周运动,我们只研究在最高点和最低点两种情形,具体情况又可分为以下两种:
探究一
探究二
探究三
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究四
探究一
探究二
探究三
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究四
探究一
探究二
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探究四
探究一
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典例剖析
探究四
【例题3】导学号61270036长L=0.5 m质量可忽略的细杆,其一端可绕O点在竖直平面内转动,另一端固定着一个物体A.A的质量为m=2 kg,当A通过最高点时,如图所示,求在下列两种情况下小球对杆的作用力:
(1)A在最高点的速度为1 m/s。
(2)A在最高点的速度为4 m/s。
探究一
探究二
探究三
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名师精讲
典例剖析
探究四
点拨：A与杆之间恰好没有作用力时, →速度为1 m/s时,小于v0,A受向上的支持力→速度为4 m/s时,大于v0,A受向下的拉力→根据牛顿第二定律列方程求解
解析：设物体A在最高点的速度为v0时,与杆之间恰好没有相互作用力,此时向心力完全由重力提供,根据牛顿第二定律有
(1)当A在最高点的速度为v1=1 m/s时,因小于v0= m/s,此时物体A受到杆向上的支持力作用,根据牛顿第二定律有mg-F1=m
解得F1=16 N
根据牛顿第三定律,小球对杆的作用力大小为16 N,方向向下。
探究一
探究二
探究三
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典例剖析
探究四
(2)当A在最高点的速度为v2=4 m/s时,因大于v0= m/s,此时物体A受到杆向下的拉力作用,根据牛顿第二定律有mg+F2=m
解得F2=44 N
根据牛顿第三定律,小球对杆的作用力大小为44 N,方向向上。
答案：(1)16 N 向下 (2)44 N 向上
探究一
探究二
探究三
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名师精讲
典例剖析
探究四
探究一
探究二
探究三
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究四
变式训练3 如图所示,轻杆的一端有一小球,另一端有光滑的固定轴O,现给小球一个初速度,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 ( )
A.一定是拉力
B.一定是推力
C.一定等于零
D.可能是拉力,可能是推力,也可能等于零
答案：D
探究一
探究二
探究三
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名师精讲
典例剖析
探究四
对离心运动的理解?
雨天,当你旋转自己的雨伞时,会发现水滴沿着伞的边缘切线飞出(如图所示),你能说出其中的原因吗?
探究一
探究二
探究三
探究四
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名师精讲
典例剖析
1.离心运动的实质: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。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.离心运动的受力特点:物体做离心运动并不是物体受到离心力作用,而是由于外力不能提供足够的向心力。所谓“离心力”也是由效果命名的,实际并不存在。
3.合外力与向心力的关系
探究一
探究二
探究三
探究四
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究一
探究二
探究三
探究四
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究一
探究二
探究三
探究四
问题导引
名师精讲
典例剖析
4.常见几种离心运动的对比
探究一
探究二
探究三
探究四
问题导引
名师精讲
典例剖析
【例题4】导学号61270037如图所示,高速公路转弯处弯道圆半径R=250 m,汽车轮胎与路面间的动摩擦因数μ=0.25。若路面是水平的,问汽车转弯时不发生侧向滑动(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取10 m/s2)
探究一
探究二
探究三
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名师精讲
典例剖析
答案：90 km/h 汽车做离心运动或出现翻车
探究一
探究二
探究三
探究四
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典例剖析
变式训练4 如图是摩托车比赛转弯时的情形,转弯处路面常是外高内低,摩托车转弯有一个最大安全速度,若超过此速度,摩托车将发生滑动。对于摩托车滑动的问题,下列论述正确的是( )
A.摩托车一直受到沿半径方向向外的离心力作用
B.摩托车所受外力的合力小于所需的向心力
C.摩托车将沿其线速度的方向沿直线滑去
D.摩托车将沿其半径方向沿直线滑去
探究一
探究二
探究三
探究四
问题导引
名师精讲
典例剖析
解析：摩托车只受重力、地面支持力和地面的摩擦力作用,没有离心力,选项A错误;摩托车正确转弯时可看作是做匀速圆周运动,所受的合力等于向心力,如果向外滑动,说明提供的向心力即合力小于需要的向心力,选项B正确;摩托车将在沿线速度方向与半径向外的方向之间做离心曲线运动,选项C、D错误。
答案：B
1 2 3 4 5
1.如图所示,光滑的水平面上,小球m在拉力F作用下做匀速圆周运动,若小球到达P点时F突然发生变化,下列关于小球运动的说法正确的是( )
A.F突然消失,小球将沿轨迹Pa做离心运动
B.F突然变小,小球将沿轨迹Pa做离心运动
C.F突然变大,小球将沿轨迹Pb做离心运动
D.F突然变小,小球将沿轨迹Pc逐渐靠近圆心
解析：若F突然消失,小球所受合力突变为0,将沿切线方向匀速飞出,选项A正确。若F突然变小不足以提供所需向心力,小球将做逐渐远离圆心的离心运动,选项B、D错误。若F突然变大,超过了所需向心力,小球将做逐渐靠近圆心的运动,选项C错误。
答案：A
1 2 3 4 5
2.飞机俯冲拉起时,飞行员处于超重状态,此时座位对飞行员的支持力大于所受的重力,这种现象叫过荷。过荷过重会造成飞行员大脑贫血,四肢沉重,暂时失明,甚至昏厥。受过专门训练的空军飞行员最多可承受9倍重力的支持力影响。g取10 m/s2,则当飞机在竖直平面上沿圆弧轨道俯冲速度为100 m/s时,圆弧轨道的最小半径为( )
A.100 m B.111 m
C.125 m D.250 m
答案：C
1 2 3 4 5
3.(多选)如图所示,细杆的一端与一小球相连,可绕过O点的水平轴自由转动。现给小球一初速度,使它做圆周运动。图中a、b分别表示小球轨道的最低点和最高点,则杆对球的作用力可能是( )
A.a处为拉力,b处为拉力
B.a处为拉力,b处为推力
C.a处为推力,b处为拉力
D.a处为推力,b处为推力
1 2 3 4 5
解析：在a处受到竖直向下的重力,因此a处一定受到杆的拉力,因为小球在最低点时所需向心力沿杆由a指向圆心O,向心力是杆对球的拉力和重力的合力。小球在最高点b时杆对球的作用力有三种情况:(1)杆对球恰好没有作用力,这时小球所受的重力提供向心
力,设此时小球速度为v临,由 。(2)当小球在b点,速度v>v临时,杆对小球有向下的拉力。(3)当小球在b点,速度v答案：AB
1 2 3 4 5
4.铁路转弯处的圆弧半径为R,内侧和外侧的高度差为h,L为两轨间的距离,且L>h。如果列车转弯速率大于 ,则 ( )
A.外侧铁轨与轮缘间产生挤压
B.铁轨与轮缘间无挤压
C.内侧铁轨与轮缘间产生挤压
D.内外侧铁轨与轮缘间均有挤压
答案：A
1 2 3 4 5
5.导学号61270038(选做题)长为L的轻绳,其一端固定于O点,另一端连有质量为m的小球,它绕O点在竖直平面内做圆周运动。求:
(1)小球刚好到达最高点时的速度;
(2)小球到达最高点速度为 时绳受到的拉力。
7.生活中的圆周运动
填一填
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一、铁路的弯道(见课本第26页)
1.火车在弯道上的运动特点
火车在弯道上运动时实际上在做圆周运动,因而具有向心加速度,由于其质量巨大,需要很大的向心力。
2.向心力的来源
(1)若转弯时内外轨一样高,则由外轨对轮缘的弹力提供向心力,这样,铁轨和车轮极易受损。
(2)内外轨有高度差。依据转弯半径和速度,适当选择内外轨的高度差,使转弯时所需的向心力由支持力和重力的合力来提供。
填一填
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二、拱形桥(见课本第27页)
1.汽车过凸形桥(如图甲)
填一填
练一练
2.汽车过凹形桥(如图乙)
填一填
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三、航天器中的失重现象(见课本第28页)
1.航天器在近地轨道的运动:
2.对失重现象的认识:航天器内的任何物体都处于完全失重状态,但并不是物体不受重力。正因为受到重力作用才使航天器连同其中的乘员环绕地球转动。
填一填
练一练
四、离心运动(见课本第28页)
1.定义:物体沿切线飞出或做逐渐远离圆心的运动。
2.原因:向心力突然消失或合外力不足以提供所需的向心力。
3.应用:洗衣机的脱水桶,制作无缝钢管、水泥管道、水泥电线杆等。
填一填
练一练
如图所示,是用模拟实验来研究汽车通过拱形桥的最高点时对桥面的压力。在较大的平直木板上相隔一定距离钉几个钉子,将三合板弯曲成拱桥形卡入钉子内形成拱形桥,三合板上表面事先铺上一层牛仔布以增加摩擦,这样玩具车就可以在桥面上跑起来了。把这套系统放在电子秤上做实验,关于实验中电子秤的示数下列说法正确的是( )
填一填
练一练
A.玩具车静止在拱桥顶端时的示数小一些
B.玩具车运动通过拱桥顶端时的示数大一些
C.玩具车运动通过拱桥顶端时处于超重状态
D.玩具车运动通过拱桥顶端时速度越大(未离开拱桥),示数越小
答案：D
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探究一
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探究三
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火车转弯问题分析?
火车在铁轨上转弯可以看成是做匀速圆周运动,火车速度提高易使外轨受损。如何解决火车高速转弯时使外轨受损这一难题呢?
问题导引
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探究一
探究二
探究三
探究四
1.轨道分析
火车在转弯过程中,运动轨迹是一圆弧,由于火车转弯过程中重心高度不变,故火车轨迹所在的平面是水平面,而不是斜面。火车的向心加速度和向心力均沿水平面指向圆心。
2.向心力分析
如图所示,火车速度合适时,火车受重力和支持力作用,火车转弯所需的向心力完全由重力和支持力的合力提供,合力沿水平方向,大小F=mgtan θ。
问题导引
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典例剖析
探究一
探究二
探究三
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3.规定速度分析
4.轨道轮缘压力与火车速度的关系
(1)当火车行驶速率v等于规定速度v0时,内、外轨道对轮缘都没有侧压力。
(2)当火车行驶速度v大于规定速度v0时,火车有离心运动趋势,故外轨道对轮缘有侧压力。
(3)当火车行驶速度v小于规定速度v0时,火车有向心运动趋势,故内轨道对轮缘有侧压力。
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【例题1导学号61270034有一列质量为100 t的火车,以72 km/h的速率匀速通过一个内外轨一样高的弯道,轨道半径为400 m。(g取10 m/s2)
(1)试计算铁轨受到的侧压力。
(2)若要使火车以此速率通过弯道,且使铁轨受到的侧压力为零,我们可以适当倾斜路基,试计算路基倾斜角度θ的正切值。
点拨第(1)问中,外轨对轮缘的侧压力提供火车转弯所需要的向心力;第(2)问中,重力和铁轨对火车的支持力的合力提供火车转弯的向心力。
问题导引
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探究一
探究二
探究三
探究四
解析：(1)外轨对轮缘的侧压力提供火车转弯所需要的向心力,
由牛顿第三定律可知铁轨受到的侧压力大小等于105 N。
(2)火车过弯道,重力和铁轨对火车的弹力的合力正好提供向心力,
答案：(1)1×105 N (2)0.1
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究一
探究二
探究三
探究四
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究一
探究二
探究三
探究四
变式训练1 (多选)火车在铁轨上转弯可以看作是做匀速圆周运动,火车速度提高易使外轨受损。为解决火车高速转弯时使外轨受损这一难题,你认为理论上可行的措施是( )
A.减小弯道半径
B.增大弯道半径
C.适当减小内外轨道的高度差
D.适当增加内外轨道的高度差
解析：当火车速度增大时,可适当增大转弯半径或适当增加内外轨道的高度差,以减小外轨所受压力。
答案：BD
探究一
探究二
探究三
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究四
汽车过桥问题分析?
如图所示,在某次军事演习中,一辆战车以恒定的速度在起伏不平的路面上行进,战车在哪一点对路面的压力最大?在哪一点对路面的压力最小呢?
探究一
探究二
探究三
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究四
1.关于汽车过拱形桥问题,用图表概括如下:
探究一
探究二
探究三
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究四
2.汽车在凸形桥的最高点处于失重状态,在凹形桥的最低点处于超重状态。
探究一
探究二
探究三
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究四
【例题2】导学号61270035如图所示,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:
(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)
探究一
探究二
探究三
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究四
点拨首先要确定汽车在何位置时对路面的压力最大,汽车经过凹形路面时,向心加速度方向向上,汽车处于超重状态;经过凸形路面时,向心加速度向下,汽车处于失重状态,所以汽车经过凹形路面最低点时,汽车对路面的压力最大。
解析：(1)汽车在凹形桥底部时,由牛顿第二定律得
代入数据解得v=10 m/s。
(2)汽车在凸形桥顶部时,由牛顿第二定律得
代入数据得FN'=1.0×105 N。
由牛顿第三定律知汽车对桥面的最小压力是1.0×105 N。
答案：(1)10 m/s (2)1.0×105 N
探究一
探究二
探究三
问题导引
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典例剖析
探究四
探究一
探究二
探究三
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名师精讲
典例剖析
探究四
变式训练2 如图,当汽车通过拱桥顶点的速度为10 m/s时,车对桥顶的压力为车重的 ,如果要使汽车在桥面行驶至桥顶时,对桥面的压力为零,则汽车通过桥顶的速度应为( )
A.15 m/s B.20 m/s
C.25 m/s D.30 m/s
答案：B
探究一
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典例剖析
探究四
竖直面内的圆周运动?
小球分别在轻绳(如图甲)和轻杆(如图乙)的一端绕另一端在竖直平面内运动,请思考:
(1)小球要在竖直平面内完成圆周运动,经过最高点时的最小速度能为零吗?
(2)小球经过最高点时,与绳(或杆)之间的作用力可以为零吗?
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物体在竖直平面内做圆周运动时,通常受弹力和重力两个力的作用,物体做变速圆周运动,我们只研究在最高点和最低点两种情形,具体情况又可分为以下两种:
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【例题3】导学号61270036长L=0.5 m质量可忽略的细杆,其一端可绕O点在竖直平面内转动,另一端固定着一个物体A.A的质量为m=2 kg,当A通过最高点时,如图所示,求在下列两种情况下小球对杆的作用力:
(1)A在最高点的速度为1 m/s。
(2)A在最高点的速度为4 m/s。
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点拨：A与杆之间恰好没有作用力时, →速度为1 m/s时,小于v0,A受向上的支持力→速度为4 m/s时,大于v0,A受向下的拉力→根据牛顿第二定律列方程求解
解析：设物体A在最高点的速度为v0时,与杆之间恰好没有相互作用力,此时向心力完全由重力提供,根据牛顿第二定律有
(1)当A在最高点的速度为v1=1 m/s时,因小于v0= m/s,此时物体A受到杆向上的支持力作用,根据牛顿第二定律有mg-F1=m
解得F1=16 N
根据牛顿第三定律,小球对杆的作用力大小为16 N,方向向下。
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(2)当A在最高点的速度为v2=4 m/s时,因大于v0= m/s,此时物体A受到杆向下的拉力作用,根据牛顿第二定律有mg+F2=m
解得F2=44 N
根据牛顿第三定律,小球对杆的作用力大小为44 N,方向向上。
答案：(1)16 N 向下 (2)44 N 向上
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变式训练3 如图所示,轻杆的一端有一小球,另一端有光滑的固定轴O,现给小球一个初速度,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 ( )
A.一定是拉力
B.一定是推力
C.一定等于零
D.可能是拉力,可能是推力,也可能等于零
答案：D
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对离心运动的理解?
雨天,当你旋转自己的雨伞时,会发现水滴沿着伞的边缘切线飞出(如图所示),你能说出其中的原因吗?
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1.离心运动的实质: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。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.离心运动的受力特点:物体做离心运动并不是物体受到离心力作用,而是由于外力不能提供足够的向心力。所谓“离心力”也是由效果命名的,实际并不存在。
3.合外力与向心力的关系
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4.常见几种离心运动的对比
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【例题4】导学号61270037如图所示,高速公路转弯处弯道圆半径R=250 m,汽车轮胎与路面间的动摩擦因数μ=0.25。若路面是水平的,问汽车转弯时不发生侧向滑动(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取10 m/s2)
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答案：90 km/h 汽车做离心运动或出现翻车
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变式训练4 如图是摩托车比赛转弯时的情形,转弯处路面常是外高内低,摩托车转弯有一个最大安全速度,若超过此速度,摩托车将发生滑动。对于摩托车滑动的问题,下列论述正确的是( )
A.摩托车一直受到沿半径方向向外的离心力作用
B.摩托车所受外力的合力小于所需的向心力
C.摩托车将沿其线速度的方向沿直线滑去
D.摩托车将沿其半径方向沿直线滑去
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解析：摩托车只受重力、地面支持力和地面的摩擦力作用,没有离心力,选项A错误;摩托车正确转弯时可看作是做匀速圆周运动,所受的合力等于向心力,如果向外滑动,说明提供的向心力即合力小于需要的向心力,选项B正确;摩托车将在沿线速度方向与半径向外的方向之间做离心曲线运动,选项C、D错误。
答案：B
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1.如图所示,光滑的水平面上,小球m在拉力F作用下做匀速圆周运动,若小球到达P点时F突然发生变化,下列关于小球运动的说法正确的是( )
A.F突然消失,小球将沿轨迹Pa做离心运动
B.F突然变小,小球将沿轨迹Pa做离心运动
C.F突然变大,小球将沿轨迹Pb做离心运动
D.F突然变小,小球将沿轨迹Pc逐渐靠近圆心
解析：若F突然消失,小球所受合力突变为0,将沿切线方向匀速飞出,选项A正确。若F突然变小不足以提供所需向心力,小球将做逐渐远离圆心的离心运动,选项B、D错误。若F突然变大,超过了所需向心力,小球将做逐渐靠近圆心的运动,选项C错误。
答案：A
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2.飞机俯冲拉起时,飞行员处于超重状态,此时座位对飞行员的支持力大于所受的重力,这种现象叫过荷。过荷过重会造成飞行员大脑贫血,四肢沉重,暂时失明,甚至昏厥。受过专门训练的空军飞行员最多可承受9倍重力的支持力影响。g取10 m/s2,则当飞机在竖直平面上沿圆弧轨道俯冲速度为100 m/s时,圆弧轨道的最小半径为( )
A.100 m B.111 m
C.125 m D.250 m
答案：C
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3.(多选)如图所示,细杆的一端与一小球相连,可绕过O点的水平轴自由转动。现给小球一初速度,使它做圆周运动。图中a、b分别表示小球轨道的最低点和最高点,则杆对球的作用力可能是( )
A.a处为拉力,b处为拉力
B.a处为拉力,b处为推力
C.a处为推力,b处为拉力
D.a处为推力,b处为推力
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解析：在a处受到竖直向下的重力,因此a处一定受到杆的拉力,因为小球在最低点时所需向心力沿杆由a指向圆心O,向心力是杆对球的拉力和重力的合力。小球在最高点b时杆对球的作用力有三种情况:(1)杆对球恰好没有作用力,这时小球所受的重力提供向心
力,设此时小球速度为v临,由 。(2)当小球在b点,速度v>v临时,杆对小球有向下的拉力。(3)当小球在b点,速度v
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4.铁路转弯处的圆弧半径为R,内侧和外侧的高度差为h,L为两轨间的距离,且L>h。如果列车转弯速率大于 ,则 ( )
A.外侧铁轨与轮缘间产生挤压
B.铁轨与轮缘间无挤压
C.内侧铁轨与轮缘间产生挤压
D.内外侧铁轨与轮缘间均有挤压
答案：A
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5.导学号61270038(选做题)长为L的轻绳,其一端固定于O点,另一端连有质量为m的小球,它绕O点在竖直平面内做圆周运动。求:
(1)小球刚好到达最高点时的速度;
(2)小球到达最高点速度为 时绳受到的拉力。