《圓周運(yùn)動(dòng)的實(shí)例分析》課件1

1、圓周運(yùn)動(dòng)的實(shí)例分析課件1圓周運(yùn)動(dòng)的實(shí)例分析課件12.3 圓周運(yùn)動(dòng)的實(shí)例分析 學(xué)習(xí)目標(biāo)定位進(jìn)一步理解圓周運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，在具體問(wèn)題中會(huì)分析向心力的來(lái)源.會(huì)求非勻速圓周運(yùn)動(dòng)中物體在特殊點(diǎn)的向心力和向心加速度知道離心現(xiàn)象，會(huì)根據(jù)離心運(yùn)動(dòng)的條件判斷物體的運(yùn)動(dòng)，了解離心運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用和防止.了解圓周運(yùn)動(dòng)在人類文明進(jìn)程中的廣泛應(yīng)用，認(rèn)識(shí)圓周運(yùn)動(dòng)對(duì)人類文明發(fā)展的重大影響2.3 圓周運(yùn)動(dòng)的實(shí)例分析 學(xué)習(xí)目標(biāo)定位進(jìn)一步理解圓周運(yùn)動(dòng)的學(xué)習(xí)探究區(qū)一、汽車過(guò)拱形橋二、“旋轉(zhuǎn)秋千”三、火車轉(zhuǎn)彎學(xué)習(xí)探究區(qū)一、汽車過(guò)拱形橋二、“旋轉(zhuǎn)秋千”三、火車轉(zhuǎn)彎一、汽車過(guò)拱形橋1質(zhì)量為m的汽車在拱形橋上以速度v行駛，若橋面的圓弧半徑為R，試畫

2、出汽車受力分析圖，并求出汽車通過(guò)橋的最高點(diǎn)時(shí)對(duì)橋的壓力汽車的重力與汽車對(duì)橋的壓力誰(shuí)大？問(wèn)題設(shè)計(jì)答案由牛頓第二定律由牛頓第三定律，對(duì)橋的壓力NNmgmgN壓力隨汽車速度的增大而減小一、汽車過(guò)拱形橋1質(zhì)量為m的汽車在拱形橋上以速度v行駛，若一、汽車過(guò)拱形橋2當(dāng)汽車通過(guò)凹形橋最低點(diǎn)時(shí)，汽車對(duì)橋的壓力比汽車的重力大還是小呢？請(qǐng)同學(xué)們自己分析問(wèn)題設(shè)計(jì)答案 受力分析如圖mgN由牛頓第二定律壓力隨汽車速度的增大而增大一、汽車過(guò)拱形橋2當(dāng)汽車通過(guò)凹形橋最低點(diǎn)時(shí)，汽車對(duì)橋的壓力要點(diǎn)提煉1汽車過(guò)拱形橋mgNmgN2汽車過(guò)凹形橋由此可知，汽車對(duì)橋面的壓力 其自身重力，故凹形橋易被壓垮，因而實(shí)際中拱形橋多于凹形橋(1

3、)當(dāng)v 時(shí)，N0.(2)當(dāng)0v 時(shí)，0 時(shí)，汽車將脫離橋面做平拋運(yùn)動(dòng)，發(fā)生危險(xiǎn)汽車在最高點(diǎn)滿足關(guān)系： m ，即mgNNmg汽車在最低點(diǎn)滿足關(guān)系： ，即 .大于返回要點(diǎn)提煉1汽車過(guò)拱形橋mgNmgN2汽車過(guò)凹形橋由此可二、“旋轉(zhuǎn)秋千”“旋轉(zhuǎn)秋千”的運(yùn)動(dòng)可簡(jiǎn)化為圓錐擺模型，當(dāng)小球在水平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，回答下列問(wèn)題：(1)小球受到幾個(gè)力的作用？什么力提供小球做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力？(2)小球在水平方向上有無(wú)加速度？在豎直方向有無(wú)加速度？(3)“旋轉(zhuǎn)秋千”纜繩與中心軸的夾角與所乘坐人的質(zhì)量有關(guān)嗎？問(wèn)題設(shè)計(jì)答案 (1)如圖所示，繩子的拉力和重力的合力提供向心力mgT (2)水平有向心加速度；(3)F合mg

4、tan 合力為零，加速度為零 豎直無(wú)加速度由牛頓第二定律得 F合m2r 聯(lián)立得 cos 只與角速度和繩長(zhǎng)有關(guān)，與質(zhì)量無(wú)關(guān)二、“旋轉(zhuǎn)秋千”“旋轉(zhuǎn)秋千”的運(yùn)動(dòng)可簡(jiǎn)化為圓錐擺模型，當(dāng)小球要點(diǎn)提煉返回1向心力：做圓錐擺運(yùn)動(dòng)的小球在水平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力是由其受到的重力和懸線拉力T的合力F合提供，即F合_mgtan 2動(dòng)力學(xué)方程：mgtan m2 _lsin 3圓錐擺的周期要點(diǎn)提煉返回1向心力：做圓錐擺運(yùn)動(dòng)的小球在水平面內(nèi)做勻速圓三、火車轉(zhuǎn)彎火車轉(zhuǎn)彎時(shí)的運(yùn)動(dòng)是圓周運(yùn)動(dòng)，分析火車的運(yùn)動(dòng)回答下列問(wèn)題：?jiǎn)栴}設(shè)計(jì)(1)如圖所示，如果軌道是水平的，火車轉(zhuǎn)彎時(shí)受到哪些力的作用？需要的向心力由誰(shuí)來(lái)提供？答案

5、軌道水平時(shí)，火車受力如圖：mgNF彈f提供向心力向心力由軌道對(duì)輪緣的彈力來(lái)提供三、火車轉(zhuǎn)彎火車轉(zhuǎn)彎時(shí)的運(yùn)動(dòng)是圓周運(yùn)動(dòng)，分析火車的運(yùn)動(dòng)回答下三、火車轉(zhuǎn)彎火車轉(zhuǎn)彎時(shí)的運(yùn)動(dòng)是圓周運(yùn)動(dòng)，分析火車的運(yùn)動(dòng)回答下列問(wèn)題：?jiǎn)栴}設(shè)計(jì)(2)(1)中獲得向心力的方法好不好？為什么？若不好，如何改進(jìn)？輪緣與外軌的相互作用力很大，鐵軌和車輪極易受損mgNF彈f提供向心力答案 這種方法不好；火車質(zhì)量大，速度大，需要的向心力F向mv2/r較大改進(jìn)方法：在轉(zhuǎn)彎處使外軌略高于內(nèi)軌支持力和重力的合力可以提供一部分向心力三、火車轉(zhuǎn)彎火車轉(zhuǎn)彎時(shí)的運(yùn)動(dòng)是圓周運(yùn)動(dòng)，分析火車的運(yùn)動(dòng)回答下三、火車轉(zhuǎn)彎火車轉(zhuǎn)彎時(shí)的運(yùn)動(dòng)是圓周運(yùn)動(dòng)，分析火車的運(yùn)

6、動(dòng)回答下列問(wèn)題：?jiǎn)栴}設(shè)計(jì)(3)當(dāng)軌道平面與水平面之間的夾角為，轉(zhuǎn)彎半徑為R時(shí)，火車行駛速度多大軌道才不受擠壓？答案 (3)火車受力如圖所示，則所以v三、火車轉(zhuǎn)彎火車轉(zhuǎn)彎時(shí)的運(yùn)動(dòng)是圓周運(yùn)動(dòng)，分析火車的運(yùn)動(dòng)回答下 要點(diǎn)提煉1向心力來(lái)源：在鐵路轉(zhuǎn)彎處，內(nèi)、外鐵軌有高度差，火車在此處依據(jù)規(guī)定的速度行駛，轉(zhuǎn)彎時(shí)，向心力幾乎完全由 和 的合力提供，即F .(1)當(dāng)vv0時(shí)，F(xiàn)F合，即轉(zhuǎn)彎時(shí)所需向心力等于支持力和重力的合力， 這時(shí)內(nèi)、外軌 ，這就是設(shè)計(jì)的限速狀態(tài)2規(guī)定速度：支持力N重力G內(nèi)軌均無(wú)側(cè)壓力(2)當(dāng)vv0時(shí)，F(xiàn)F合，即所需向心力大于支持力和重力的合力，這時(shí)_ 對(duì)車輪有側(cè)壓力，以彌補(bǔ)向心力不足的部分

7、(3)當(dāng)vv0時(shí)，F(xiàn)F合，即所需向心力小于支持力和重力的合力，這時(shí)_ 對(duì)車輪有側(cè)壓力，以抵消向心力過(guò)大的部分mgtan外軌若火車轉(zhuǎn)彎時(shí)，火車輪緣不受軌道壓力，則mgtan ，故v0 ，其中R為彎道半徑，為軌道所在平面與水平面的夾角，v0為彎道規(guī)定的速度返回 要點(diǎn)提煉1向心力來(lái)源：在鐵路轉(zhuǎn)彎處，內(nèi)、外鐵軌有高度差，例1 一輛質(zhì)量m2 t的轎車，駛過(guò)半徑R90 m的一段凸形橋面，g10 m/s2，求：(1)轎車以10 m/s的速度通過(guò)橋面最高點(diǎn)時(shí)，對(duì)橋面的壓力是多大？(2)在最高點(diǎn)對(duì)橋面的壓力等于轎車重力的一半時(shí)，車的速度大小是多少？典例精析一、汽車過(guò)拱形橋問(wèn)題圓周運(yùn)動(dòng)支持力？(1)轎車在最高點(diǎn)解

8、析根據(jù)牛頓第三定律，轎車對(duì)橋面壓力為1.78104 N(2)返回N例1 一輛質(zhì)量m2 t的轎車，駛過(guò)半徑R90 m的例2 如圖所示，固定的錐形漏斗內(nèi)壁是光滑的，內(nèi)壁上有兩個(gè)質(zhì)量相等的小球A和B，在各自不同的水平面做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，以下物理量大小關(guān)系正確的是()A速度vAvBB角速度ABC向心力FAFBD向心加速度aAaB典例精析二、圓錐擺模型返回GN解析設(shè)漏斗的頂角為2F合小球的合力為aAaBrArBvAvB、ABA例2 如圖所示，固定的錐形漏斗內(nèi)壁是光滑的，內(nèi)壁上有兩三、火車轉(zhuǎn)彎典例精析例3鐵路在彎道處的內(nèi)、外軌道高度是不同的，已知內(nèi)、外軌道平面與水平面的夾角為，如圖所示，彎道處的圓弧半徑為R

9、，若質(zhì)量為m的火車轉(zhuǎn)彎時(shí)速度等于 ，則()A內(nèi)軌對(duì)內(nèi)側(cè)車輪輪緣有擠壓B外軌對(duì)外側(cè)車輪輪緣有擠壓C這時(shí)鐵軌對(duì)火車的支持力等于D這時(shí)鐵軌對(duì)火車的支持力大于C返回假如火車只受重力和支持力N三、火車轉(zhuǎn)彎典例精析例3鐵路在彎道處的內(nèi)、外軌道高度是不同例4 如圖所示，高速公路轉(zhuǎn)彎處彎道圓半徑R100 m，汽車輪胎與路面間的動(dòng)摩擦因數(shù)0.23.最大靜摩擦力與滑動(dòng)摩擦力相等，若路面是水平的，問(wèn)汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)不發(fā)生徑向滑動(dòng)(離心現(xiàn)象)所許可的最大速率vm為多大？當(dāng)超過(guò)vm 時(shí)，將會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？(g9.8 m/s2)典例精析解析四、對(duì)離心運(yùn)動(dòng)的理解轉(zhuǎn)彎時(shí)，靜摩擦力提供向心力汽車將做離心運(yùn)動(dòng)返回Nf例4 如圖所示，高

10、速公路轉(zhuǎn)彎處彎道圓半徑R1課堂要點(diǎn)小結(jié)生活中的圓周運(yùn)動(dòng)車過(guò)拱形橋火車轉(zhuǎn)彎重力與支持力的合力提供向心力外軌高于內(nèi)軌旋轉(zhuǎn)秋千離心運(yùn)動(dòng)拱形橋最高點(diǎn)凹形橋最低點(diǎn)返回課堂要點(diǎn)小結(jié)生活中的圓周運(yùn)動(dòng)車過(guò)拱形橋火車轉(zhuǎn)彎重力與支持力的自我檢測(cè)區(qū)123自我檢測(cè)區(qū)1231 (交通工具的轉(zhuǎn)彎問(wèn)題)汽車在水平地面上轉(zhuǎn)彎時(shí)，地面的摩擦力已達(dá)到最大，當(dāng)汽車速率增為原來(lái)的2倍時(shí)，若要不發(fā)生險(xiǎn)情，則汽車轉(zhuǎn)彎的軌道半徑必須()A減為原來(lái)的 B減為原來(lái)的C增為原來(lái)的2倍 D增為原來(lái)的4倍D速率增加前：速率增加后：1231 (交通工具的轉(zhuǎn)彎問(wèn)題)汽車在水平地面上轉(zhuǎn)彎時(shí)，地面的摩1232 (圓錐擺模型)兩個(gè)質(zhì)量相同的小球，在同一水平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，懸點(diǎn)相同，如圖所示，A運(yùn)動(dòng)的半徑比B的大，則() AA所需的向心力比B的大BB所需的向心力比A的大CA的角速度比B的大DB的角速度比A的大兩球受力雷同兩球受力雷同解析T1232 (圓錐擺模型)兩個(gè)質(zhì)量相同的小球，在同一水平面內(nèi)1233 (對(duì)離心運(yùn)動(dòng)的理解)如圖所示，光滑水平面上，質(zhì)量為m的小球在拉力F作用下做勻速圓周運(yùn)動(dòng)若小球運(yùn)動(dòng)到P點(diǎn)時(shí)，拉力F發(fā)生變化，下列關(guān)于