【物理】生活中的圓周運(yùn)動(dòng)課時(shí)2課件 2024-2025學(xué)年高一下學(xué)期物理人教版（2019）必修第二冊(cè)

第六章

圓周運(yùn)動(dòng)第4節(jié)

生活中的圓周運(yùn)動(dòng)課時(shí)2豎直面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)過(guò)山車(chē)水流星表演思考：過(guò)山車(chē)和水流星要通過(guò)最高點(diǎn)，需要滿足什么條件？1.理解豎直面內(nèi)圓周運(yùn)動(dòng)的物體其受力特點(diǎn)和運(yùn)動(dòng)規(guī)律，能準(zhǔn)確對(duì)最高點(diǎn)和最低點(diǎn)列出動(dòng)力學(xué)方程。2.會(huì)分析繩模型、桿模型中最高點(diǎn)處彈力的臨界問(wèn)題，明確各模型中過(guò)最高點(diǎn)的條件。3.體會(huì)牛頓運(yùn)動(dòng)定律在圓周運(yùn)動(dòng)問(wèn)題中的應(yīng)用。豎直面內(nèi)圓周運(yùn)動(dòng)的兩類(lèi)典型模型

1.兩類(lèi)典型模型——輕繩模型、輕桿模型在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)的物體,按運(yùn)動(dòng)至軌道最高點(diǎn)時(shí)的受力情況可分為兩類(lèi):一是無(wú)支撐的(如球與繩連接,沿內(nèi)軌道運(yùn)動(dòng)的“過(guò)山車(chē)”等),稱(chēng)為“輕繩模型”;二是有支撐的(如球與桿連接,小球在彎管內(nèi)運(yùn)動(dòng)等),稱(chēng)為“輕桿模型”。2.在最高點(diǎn)時(shí)繩、桿、環(huán)、管的臨界情況分析類(lèi)型一：輕繩模型①情景圖示②彈力特征:在最高點(diǎn)無(wú)支撐,彈力可能向下,也可能等于零③受力示意圖：FN向下FN等于零④力學(xué)特征：mg+FN=m

向心力的取值范圍？⑤臨界特征：FN=0,vmin=

⑥過(guò)最高點(diǎn)條件：v≥

mgFNmgFTFN-mg＝mFT-mg＝m⑦最低點(diǎn)受力情況：類(lèi)型二：輕桿模型①情景圖示②彈力特征:在最高點(diǎn)有支撐，彈力可能向下,可能向上,也可能等于零。FN向下FN為零FN向上③受力示意圖：④力學(xué)特征：mg±FN=m

向心力的取值范圍？⑤臨界特征：豎直向上的支持力FN=mg,vmin=0⑥過(guò)最高點(diǎn)條件：v≥0⑦速度和彈力關(guān)系討論分析：(1)當(dāng)v=0時(shí),FN=mg,FN為支持力,沿半徑背離圓心;(2)當(dāng)0<v<

時(shí),mg-FN=m

,FN沿半徑背離圓心,隨v的增大而減小;(3)當(dāng)v=

時(shí),FN=0;(4)當(dāng)v>

時(shí),FN+mg=m

,FN沿半徑指向圓心,并隨v的增大而增大mgFNmgFT在最低點(diǎn)輕桿（外壁）只能起到拉的（支持）的作用。⑧最低點(diǎn)的受力情況：FN-mg＝mFT-mg＝m科學(xué)思維——豎直面內(nèi)圓周運(yùn)動(dòng)的解題思路1.如圖所示，甲、乙、丙、丁是游樂(lè)場(chǎng)中比較常見(jiàn)的過(guò)山車(chē)，甲、乙兩圈的軌道車(chē)在軌道的外側(cè)做圓周運(yùn)動(dòng)，丙、丁兩圖的軌道車(chē)在軌道的內(nèi)側(cè)做圓周運(yùn)動(dòng)，兩種過(guò)山車(chē)都有安全鎖（由上、下、側(cè)三個(gè)輪子組成把軌道車(chē)套在了軌道上，四個(gè)圖中軌道的半徑都為R，下列說(shuō)法正確的是（）A．甲圖中，當(dāng)軌道車(chē)以一定的速度通過(guò)軌道最高點(diǎn)時(shí)，座椅一定給游客向上的力B．乙圖中，當(dāng)軌道車(chē)以一定的速度通過(guò)軌道最低點(diǎn)時(shí)，安全帶一定給游客向上的力C．丙圖中，當(dāng)軌道車(chē)以一定的速度通過(guò)軌道最低點(diǎn)時(shí)，座椅給人的力一定小于重力D．丁圖中，若軌道車(chē)過(guò)最高點(diǎn)的速度大于，安全帶一定給游客向上的力B2.（多選）如圖所示，小球在豎直放置的光滑圓形管道內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)，內(nèi)側(cè)壁半徑為R，小球半徑為r，重力加速度為g。下列說(shuō)法正確的是（）A．小球通過(guò)最高點(diǎn)時(shí)的最小速度B．小球通過(guò)最高點(diǎn)時(shí)的最小速度C．小球在水平線ab以下的管道中運(yùn)動(dòng)時(shí)，內(nèi)側(cè)管壁對(duì)小球一定有作用力D．小球在水平線ab以下的管道中運(yùn)動(dòng)時(shí)，外側(cè)管壁對(duì)小球一定有作用力BD3.如圖甲所示，用一輕質(zhì)繩拴著一質(zhì)量為m的小球，在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)（不計(jì)一切阻力），小球運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)時(shí)繩對(duì)小球的拉力為FT，小球在最高點(diǎn)的速度大小為v，其FT-v2圖像如圖乙所示，則（）A．?dāng)?shù)據(jù)a與小球的質(zhì)量無(wú)關(guān)B．當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹镃．當(dāng)v2＝c時(shí)，輕質(zhì)繩的拉力大小為D．當(dāng)v2＝2b時(shí)，小球受到的拉力與重力大小相等D4.小明同學(xué)站在水平地面上，手握不可伸長(zhǎng)的輕繩一端，繩的另一端系有質(zhì)量為m=100g的小球（大小不計(jì)），甩動(dòng)手腕，使球在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)。當(dāng)球在某次運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)時(shí)，繩怡好達(dá)到所能承受的最大拉力F而斷掉，球飛行水平距離s后恰好無(wú)碰撤地落在鄰近的一傾角為α=53°的光滑固定斜面體上并沿斜面下滑。已知斜面體頂端與小球做圓周運(yùn)動(dòng)最低點(diǎn)的高度差h=0.8m，繩長(zhǎng)r=0.3m，重力加速度g取10m/s2，sin53°=0.8，cos53°=0.6。求：（1）繩斷時(shí)小球的速度大小v1和小球在圓周最低點(diǎn)與斜面體的水平距離s；（2）繩能承受的最大拉力F的大小。物理情景最高點(diǎn)