高中物理第4章勻速圓周運(yùn)動(dòng)第3節(jié)向心力的實(shí)例分析課件魯科版.ppt

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課下作業(yè)綜合提升 第4章 第3節(jié) 新知預(yù)習(xí) 巧設(shè)計(jì) 名師課堂 一點(diǎn)通 創(chuàng)新演練 大沖關(guān) 要點(diǎn)一 要點(diǎn)二 隨堂檢測(cè)歸納小結(jié) 1 能夠分析具體問題中向心力的來源 并能求出相關(guān)的物理量 2 在豎直平面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)問題中 會(huì)分析物體在最高 低 點(diǎn)的受力特點(diǎn) 3 掌握繩球 桿球兩類模型在最高點(diǎn)臨界速度的分析 讀教材 填要點(diǎn) 靜摩擦力f 最大靜摩擦力 2 汽車 火車在內(nèi)低外高的路面上轉(zhuǎn)彎 圖4 3 1 重力 支持力 彎道半徑 傾角 3 飛機(jī)轉(zhuǎn)彎受力如圖4 3 2所示 向心力由空氣作用力F和重力mg的提供 合力 圖4 3 2 二 豎直面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)1 汽車過拱形橋 mg N N mg 小于 大于 N mg N mg 圖4 3 3 試身手 夯基礎(chǔ) 2 汽車通過凸橋最高點(diǎn)或凹橋最低點(diǎn)是由重力和支持力的合力提供向心力 汽車通過凸橋時(shí) 在最高點(diǎn)對(duì)地面的壓力 重力 會(huì)產(chǎn)生失重現(xiàn)象 若橋面半徑為R 要保證車不離開橋面 車行駛的最大速度必須小于 汽車通過凹橋時(shí) 在最低點(diǎn)對(duì)地面的壓力大于重力 會(huì)產(chǎn)生超重現(xiàn)象 3 如圖4 3 4所示為翻滾過山車軌道模型圖 圓環(huán)直徑15m 過山車經(jīng)過最低點(diǎn)時(shí)的速度約25m s 經(jīng)過最高點(diǎn)時(shí)的速度約18m s 試?yán)门ｎD第二定律和圓周運(yùn)動(dòng)的知識(shí) 探究這樣的情況下能否保證乘客的安全 圖4 3 4 答案 見解析 火車轉(zhuǎn)彎問題的分析與計(jì)算 1 弄清火車輪緣結(jié)構(gòu)火車的車輪有凸出的輪緣 且火車在軌道上運(yùn)行時(shí) 車輪上有凸出輪緣的一邊在兩軌道內(nèi)側(cè) 這種結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 主要是限制火車運(yùn)行軌跡 防止脫軌 如圖4 3 5所示 2 分析向心力的來源如果轉(zhuǎn)彎處內(nèi)外軌一樣高 外側(cè)車輪的輪緣擠壓外軌 使外軌發(fā)生形變 外軌對(duì)輪緣的彈力提供火車轉(zhuǎn)彎的向心力 圖4 3 5 火車質(zhì)量大 若僅靠這種方法得到向心力 則輪緣與外軌間的作用力很大 鐵軌容易損壞 造成火車傾覆 圖4 3 6 怎樣解決這個(gè)問題呢 可以在鐵軌轉(zhuǎn)彎處 讓外軌高于內(nèi)軌 如圖4 3 6 a b 所示 轉(zhuǎn)彎時(shí)所需的向心力由火車的重力和鐵軌對(duì)火車的彈力的合力提供 這個(gè)彈力垂直于斜面 不會(huì)使鐵軌損壞 3 明確圓周平面雖然外軌高于內(nèi)軌 但整個(gè)外軌是等高的 整個(gè)內(nèi)軌是等高的 因而火車在行駛的過程中 重心的高度不變 即火車重心的軌跡在同一水平面內(nèi) 故火車的圓周平面是水平面 而不是斜面 即火車的向心加速度和向心力均是沿水平面指向圓心 1 鐵路轉(zhuǎn)彎的圓弧半徑是300m 軌距是1435mm 規(guī)定火車通過這里的速度是72km h 內(nèi)外軌的高度差該是多大時(shí)才能使鐵軌不受輪緣的擠壓 保持內(nèi)外軌的這個(gè)高度差 如果車的速度大于或小于72km h 會(huì)分別發(fā)生什么現(xiàn)象 說明理由 審題指導(dǎo) 解答本題應(yīng)把握以下兩點(diǎn) 1 明確圓心的位置 2 明確向心力的來源 1 如果車速v 72km h 20m s F將小于需要的向心力 所差的仍需由外軌對(duì)輪緣的彈力來彌補(bǔ) 這樣會(huì)出現(xiàn)外側(cè)車輪向外擠壓外軌的現(xiàn)象 2 如果車速v 72km h F將大于需要的向心力 超出的則由內(nèi)軌對(duì)內(nèi)側(cè)車輪輪緣的壓力來平衡 這樣就出現(xiàn)內(nèi)側(cè)車輪的輪緣向外擠壓內(nèi)輪的現(xiàn)象 答案 1 0 195m 2 見解析 鐵路與公路的轉(zhuǎn)彎處雖然是外側(cè)高內(nèi)側(cè)低 但車輛是在水平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng) 由水平方向垂直于速度方向的合力提供向心力 豎直面內(nèi)的繩球 桿球模型 2 桿球模型如圖4 3 8所示 在細(xì)輕桿上固定的小球或在管形軌道內(nèi)運(yùn)動(dòng)的小球 由于桿和管能對(duì)小球產(chǎn)生向上的支持力 所以小球能在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)的條件是在最高點(diǎn)的速度大于或等于零 小球的受力情況為 2 如圖4 3 9所示 在雜技表演 水流星 中 細(xì)繩系有裝水的水桶 在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng) 水的質(zhì)量m 0 5kg 水到手轉(zhuǎn)動(dòng)軸的距離為L(zhǎng) 0 8m 求 g取10m s2 1 水桶經(jīng)過圓弧最高點(diǎn)時(shí)水不流出來的最小速率 2 水桶在最高點(diǎn)速率v 5m s時(shí) 水對(duì)桶底的壓力 3 若桶和水的總質(zhì)量M 1kg 水桶在經(jīng)過最低點(diǎn)速率為6 5m s 求此時(shí)繩子的拉力大小 圖4 3 9 審題指導(dǎo) 水流星 是繩球模型 解答本題關(guān)鍵是要分析水桶經(jīng)過最高點(diǎn)和最低點(diǎn)時(shí)桶內(nèi)水的受力情況 然后根據(jù)牛頓第二定律求解 答案 1 2 8m s 2 10 6N 3 62 8N 1 在繩模型和桿模型中 物體在最低點(diǎn)的受力情況是相同的 兩模型的差異在于物體在最高點(diǎn)時(shí)能不能受到 支撐 2 研究在繩或桿約束下的圓周運(yùn)動(dòng)時(shí) 一定要明確研究對(duì)象 搞清 誰 對(duì) 誰 的作用力 牛頓第三定律是轉(zhuǎn)移研究對(duì)象的橋梁