高中物理 沪科版 必修2 2.3圆周运动案例分析 课件 22张PPT

2.3圆周运动的案例分析
定边鼓楼美景
圆周运动的案例分析　
1.理解向心力的来源，并能对具体实例进行分析和计算．
2．掌握牛顿第二定律在圆周运动中的应用．
3．通过具体分析生活中的圆周运动问题，掌握处理这类问题的思路和方法．
教学目标
一、向心力的求解公式有哪几个？
二、向心力的方向：向心力的方向总是指向_____，与线速度方向_____，
所以只改变速度的______，不改变速度的_______。
三、向心力来源：分析和解决圆周运动问题的关键是弄清楚向心力的来源。
a:向心力是按作用效果命名的力；（效果力）
b：一个力、一个力的分力、或几个力的合力都可以提供向心力。
C:不能认为做匀速圆周运动的物体除了受到物体的作用力以外，还要另外受到向心力作用。
Fn=man=mv2/r=mrw2=
圆心
垂直
复习回顾
方向
大小
一、分析游乐场中的圆周运动
在游乐场，我们乘坐过山车时，常常会被吓得高声尖叫，心惊胆战，过山车能从高高的圆形轨道顶部轰然而过，车与人却不掉下来，这是为什么呢？
问题设计
教授新知
mg
N
用如图所示装置模拟过山车游戏,根据生活经验可知当小球速度较大时，小球能通过最高点，当小球速度较小时，小球不能通过最高点，阅读课本32页，思考下列问题。分析其中原因。
（1）假设物体（车和人整体）以某速度通过最高点，需要的向心力大小取决于什么？
（2）通过轨道顶端什么力给它提供向心力？通过时速度大小不同，受力有怎样可能的情况？
（3）物体能沿圆周通过最高点，在最高点的速度要满足什么条件？
阅读思考
一、分析游乐场中的圆周运动
游乐场中的过山车能从高高的圆形轨道顶部轰然而过，车与人却掉不下来，这是为什么呢？
问题设计
提示：当过山车在竖直面内做圆周运动到达最高点时，当所需要的向心力大于或等于车的重力时，车与人就不会掉下来．此时重力只改变过山车的速度方向，不会使车掉下来。
竖直面内的“轻绳模型”的临界问题
轻绳模型
(1)绳(内轨道)施力特点：只能施加向下的拉力(或压力)．
(2)在最高点的动力学方程
(3)在最高点的临界条件T＝0，此时mg＝m ，则v＝ .
①v＝ 时，拉力或压力为 ．
② v > 时，小球受向 的拉力或压力．
③ v < 时，小球 (填“能”或“不能”)达到最高点．即轻绳的临界速度为 .
零
下
不能
模型总结
用细绳栓着质量为m的物体,在竖直平面内做圆周运动,则下列说法正确的是:
A、小球过最高点时,绳子的张力可以为零；
B、小球过最高点时的最小速度为零
C、小球刚好过最高点时的速度是
D、小球过最高点时,绳子对小球的作用力可以与球所受的重力方向相反
巩固训练1
AC
运用向心力公式解题的步骤：
（4）解方程，对结果进行必要的讨论。
（1）明确研究对象，确定它在哪个平面内做圆周运动，找到圆心和半径。
（2）确定研究对象在某个位置所处的状态，进行具体的受力分析，分析是哪些力提供了向心力。
（3）建立以向心方向为正方向的坐标，据向心力公式列方程。
方法总结
二、研究运动物体转弯时的向心力
生活中经常遇到运动物体转弯的问题，如田径，滑冰运动员在弯道处的转弯，自行车，摩托车，汽车，火车也不时的需要转弯。许多物体在转弯时所做的运动，都可以看成一种局部的圆周运动那么做这种圆周运动的向心力是从哪里获得呢？
生活实例
需要向心力
二、研究运动物体转弯时的向心力
经验告诉我们，摩托车、滑冰运动员、自行车转弯时，车与人会向弯道的内侧倾斜，你知道其中的原因吗？自行车与竖直方向夹角与什么因素有关？
问题设计1：自行车转弯问题
mg
N
F合
提供向心力
答案： 以人和车整体为研究对象，重力与地面对车的作用力的合力提供向心力，有mgtanθ= 得tanθ=v2/Rg
解题步骤：研究对象---受力分析 ---列方程---求解
二、研究运动物体转弯时的向心力
观察图分析汽车在平直路面上转弯时，是怎样获得向心力的？
问题设计2：汽车转弯问题
2．汽车在水平路面上转弯时，地面的 提供向心力，其表达式为___＝ .由于地面的静摩擦力不能大于最大静摩擦力，因此汽车在转弯处的速度不能大于 .
mg
F摩
提供向心力
静摩擦力
Ff
N
解题步骤：研究对象---受力分析 ---列方程---求解
巩固训练2
解析：设最大静摩擦力为Fm,则有
Fm= ，当速度加倍时，半
径变为原来的4倍。所以D正确。
汽车在水平地面上转弯时，地面的摩擦力达到最大，当汽车速度增为原来的2倍时，则汽车拐弯的半径必须（ ）
A.减为原来的1/2。
B.减为原来的1/4。
C.增为原来的2倍。
D.增为原来的2倍。
D
二、研究运动物体转弯时的向心力
观察图了解并分析火车转弯时是怎么获得向心力的？
问题设计3：火车转弯问题
为了使铁轨不容易损坏，在转弯处使外轨略高于内轨，受力分析如下，重力和支持力的合力提供了向心力；这样，外轨就不受轮缘的挤压了。
巩固训练3
游客乘坐过山车，在轨道最低点处获得向心加速度达到20m/s2，g取10m/s2，那么此位置对游客的作用力相当于游客重力（　　　）
Ａ．１倍　　Ｂ．２倍　Ｃ．３倍　Ｄ．４倍　　
　　
　　
案例1
解析：以游客为研究对象受力分析得游客受重力和支持力，由牛顿第二定律得：Ｎ－mg=ma,所以N=3mg
解题步骤：研究对象---受力分析 ---列方程---求解
一辆汽车m=2.0×103kg在水平公路上行驶，经过半径r=50m的弯路时，如果车速度v=72km/h，这辆汽车会不会发生事故？已知轮胎与路面间的最大静摩擦力fm= 1.4×104N。
解：这辆汽车经过弯路时所需向心力
据题意，最大静摩擦力只为1.4×104N，所以汽车会发生事故
案例2
?? “水流星”模型
杂技演员表演“水流星”节目，我们发现不管演员怎样抡，水都不会从杯里洒出，甚至杯子在竖直面内运动到最高点时，已经杯口朝下，水也不会从杯子里洒出。这是为什么？
解析：取杯中的水为研究对象:
杯中的水是在竖直平面内作圆周运动
在最高点时受到两个力的作用：重力Ｇ和杯底对水的弹力Ｎ
有: N+mg=mv2/r
案例3
课堂总结
方法总结：运用向心力公式解题的步骤，确定研究对象---受力分析 ---列方程---求解
谢谢大家！
再见！