豎直平面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng) 高一下學(xué)期物理人教版（2019）必修第二冊(cè)

復(fù)習(xí)回顧2、向心力的特點(diǎn)

方向：總是指向

,作用效果只改變速度的

，

由物體

提供。大?。?、物體做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，必須有力提供

。

向心力是根據(jù)

命名的力。向心力作用效果圓心方向在半徑方向的合力崇明長(zhǎng)江大橋趙州橋過(guò)水凹形橋?yàn)o定橋6.4.2豎直平面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)目標(biāo)1.掌握?qǐng)A周運(yùn)動(dòng)的分析方法。2.會(huì)分析豎直面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)的臨界問(wèn)題。自主學(xué)習(xí)任務(wù)情境：1.生活中最常見(jiàn)的是平橋，試分析質(zhì)量為m的汽車靜止在平橋上與通過(guò)平橋時(shí)，對(duì)橋的壓力多大？2.求質(zhì)量為m的汽車以速度v過(guò)半徑為r的拱橋最高點(diǎn)時(shí)對(duì)拱橋的壓力？當(dāng)汽車在最高點(diǎn)時(shí)的速度逐漸增大時(shí)對(duì)橋的壓力如何變化？此時(shí)汽車處于超重還是失重？3.求質(zhì)量為m的汽車以速度v過(guò)半徑為r的凹形橋最低點(diǎn)時(shí)對(duì)凹橋的壓力？當(dāng)汽車在最低點(diǎn)時(shí)的速度逐漸增大時(shí)對(duì)橋的壓力如何變化？此時(shí)汽車處于超重還是失重？1.汽車過(guò)平橋F壓＝FN＝mgmgFN由牛頓第三定律得：【解析】mg和FN的合力提供汽車做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，由牛頓第二定律得：可見(jiàn)汽車的速度越大對(duì)橋的壓力越小。FNmg當(dāng)時(shí)汽車對(duì)橋的壓力為零。（臨界速度）當(dāng)ｖ大于ｖ臨界時(shí)，汽車做什么運(yùn)動(dòng)？飛離橋面做平拋運(yùn)動(dòng)！汽車過(guò)橋問(wèn)題由于加速度a豎直向下，屬失重現(xiàn)象。m2.汽車過(guò)拱橋最高點(diǎn)由牛頓第三定律:FNmg【解析】G和N的合力提供汽車做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，由牛頓第二定律得：可見(jiàn)汽車的速度v越大，對(duì)橋的壓力越大。由于加速度a的方向豎直向上，屬超重現(xiàn)象。m3.汽車過(guò)凹橋最低點(diǎn)由牛頓第三定律：FN=mg汽車過(guò)橋問(wèn)題小結(jié)F壓＝FN

＜mg失重F壓＝FN

＞mg超重1.一輛卡車在丘陵地勻速行駛,地形如圖所示,由于輪胎太舊,途中爆胎,爆胎可能性最大的地段應(yīng)是()

A.a處

B.b處

C.c處

D.d處abcdD當(dāng)堂練習(xí)合作學(xué)習(xí)問(wèn)題情境：地球可以看作一個(gè)巨大的拱形橋（圖6.4-6），橋面的半徑就是地球的半徑R（約為6400km）。地面上有一輛汽車在行駛，所受重力G＝mg，地面對(duì)它的支持力是FN

。根據(jù)上面的分析，汽車速度越大，地面對(duì)它的支持力就越小。會(huì)不會(huì)出現(xiàn)這樣的情況：速度大到一定程度時(shí)，地面對(duì)車的支持力是0？這時(shí)駕駛員與座椅之間的壓力是多少？駕駛員軀體各部分之間的壓力是多少？他這時(shí)可能有什么感覺(jué)？13mg這里描述的情景其實(shí)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，不過(guò)不是在汽車上，而是在航天飛機(jī)中．

在繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的宇宙飛船中，宇航員受哪些力？v2rFN＝mg－m航天器繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，假設(shè)它的線速度的大小為v，軌道半徑近似等于地球半徑R，航天員受到的地球引力近似等于他在地面受到的重力mg.v＝gR當(dāng)時(shí)，座艙對(duì)航天員的支持力FN＝0，航天員處于完全失重.有人把航天器失重的原因說(shuō)成是它離地球太遠(yuǎn)，從而擺脫了地球引力，這種說(shuō)法對(duì)嗎？正是由于地球引力的存在，才使航天器連同其中的人和物體繞地球做圓周運(yùn)動(dòng).v2Rmg－FN＝mFN＜mg失重在繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的宇宙飛船中的宇航員，除了地球引力外，還可能受到飛船座艙對(duì)他的支持力FN：

航天器中的失重現(xiàn)象探究研習(xí)發(fā)散情境：

小球分別在輕繩（如圖甲）和輕桿（如圖乙）的一端繞另一端在豎直平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)，請(qǐng)思考：（1）小球要在豎直平面內(nèi)完成圓周運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過(guò)最高點(diǎn)時(shí)的最小速度能為零嗎？（2）小球經(jīng)過(guò)最高點(diǎn)時(shí)，與繩（或桿）之間的作用力可以為零嗎？（3）小球運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)時(shí)由什么力提供向心力？mgO甲乙O桿1.輕繩（或內(nèi)軌道）——小球組成無(wú)支撐的物理模型（稱為“輕繩模型”）繩約束內(nèi)軌道約束注：“輕繩”只能對(duì)小球產(chǎn)生拉力，不能產(chǎn)生支持力。（內(nèi)軌道約束類似）輕繩模型mgO繩mgO軌道小球恰好過(guò)最高點(diǎn)的條件：當(dāng)v=v0，小球恰好能夠通過(guò)最高點(diǎn)；當(dāng)v<v0，小球偏離原運(yùn)動(dòng)軌跡，不能通過(guò)最高點(diǎn)。當(dāng)v>v0，小球能夠通過(guò)最高點(diǎn)；（1）最高點(diǎn)：輕繩模型（2）最低點(diǎn)：重力和拉力共同提供向心力R說(shuō)明：如果小球通過(guò)最低點(diǎn)的速度過(guò)大細(xì)線可能被拉斷輕繩模型2.輕桿（或管道）——小球組成有支撐的物理模型（稱為“輕桿模型”）桿約束管道約束注：“輕桿”既能對(duì)小球產(chǎn)生拉力，也能產(chǎn)生支持力。（管道約束類似）輕桿模型1.最高點(diǎn)：

2.最低點(diǎn)：與輕繩拉小球過(guò)最低點(diǎn)一樣。（1）當(dāng)v=0時(shí)，F(xiàn)N=mg（二力平衡）（2）臨界條件：恰好重力完全充當(dāng)向心力（3）當(dāng)

（4）當(dāng)

說(shuō)明:小球通過(guò)最高點(diǎn)時(shí)的速度可以為零輕桿模型—桿球1.最高點(diǎn)：（1）當(dāng)v=0時(shí)，N內(nèi)管=mg（二力平衡）（2）臨界條件：恰好重力完全充當(dāng)向心力（3）當(dāng)

（4）當(dāng)

說(shuō)明:小球通過(guò)最高點(diǎn)時(shí)的速度可以為零輕桿模型—管球

2.最低點(diǎn)：與輕繩拉小球過(guò)最低點(diǎn)一樣。達(dá)標(biāo)檢測(cè)應(yīng)用情境：

例題1：繩子系著裝有水的木桶，在豎直面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)，水的質(zhì)量m=0.5kg，繩子長(zhǎng)度為L(zhǎng)=60cm，求：（1）最高點(diǎn)水不留出的最小速度？（2）設(shè)水在最高點(diǎn)速度為v=3m/s，求水對(duì)桶底的壓力？例題2：如圖所