高考物理復(fù)習(xí) 43生活中的圓周運(yùn)動 離心現(xiàn)象課件

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1、課時(shí)課時(shí)3 生活中的圓周運(yùn)動生活中的圓周運(yùn)動 離心現(xiàn)象離心現(xiàn)象 課前自主學(xué)習(xí)課前自主學(xué)習(xí)課堂講練互動課堂講練互動課時(shí)作業(yè)課時(shí)作業(yè)隨堂鞏固訓(xùn)練隨堂鞏固訓(xùn)練梳理知識梳理知識 突破難點(diǎn)突破難點(diǎn) 課前自主學(xué)習(xí)課前自主學(xué)習(xí)知識回顧由于火車的質(zhì)量比較大，火車拐彎時(shí)所需的向心力就很大如果鐵軌內(nèi)、外側(cè)一樣高，則外側(cè)輪緣所受的壓力很大，容易損壞；實(shí)用中使外軌略高于內(nèi)軌，從而利用重力和鐵軌支持力的合力提供火車拐彎時(shí)所需的向心力要點(diǎn)深化如圖1所示，設(shè)兩軌間距為l，內(nèi)外軌水平高度差為h，轉(zhuǎn)彎處軌道半徑為R，向心力由火車重力mg和軌道對火車的支持力FN的合力提供(1)當(dāng)火車行駛速度vv規(guī)定時(shí)，F(xiàn)向F合，內(nèi)、外軌對輪緣沒

2、有側(cè)向壓力(2)當(dāng)火車行駛速度vv規(guī)定時(shí)，F(xiàn)向F合，外軌受到側(cè)向擠壓的力(這時(shí)向心力增大，外軌提供一部分力)(3)當(dāng)火車行駛速度vv規(guī)定時(shí)，F(xiàn)向F合，內(nèi)軌受到側(cè)向擠壓的力(這時(shí)向心力減小，內(nèi)軌提供一部分力)基礎(chǔ)自測質(zhì)量為100 t的火車在軌道上行駛，火車內(nèi)、外軌連線與水平面的夾角為37，如圖2所示，彎道半徑R30 m，重力加速度取10 m/s2.求：(1)當(dāng)火車的速度為v110 m/s時(shí)，軌道受到的側(cè)壓力多大？方向如何？(2)當(dāng)火車的速度為v220 m/s時(shí)，軌道受到的側(cè)壓力多大？方向如何？要點(diǎn)深化1豎直面內(nèi)圓周運(yùn)動的臨界問題分析對于物體在豎直面內(nèi)做的圓周運(yùn)動是一種典型的變速曲線運(yùn)動，該類運(yùn)動

3、常有臨界問題，并伴有“最大”，“最小”，“剛好”等詞語，常分析兩種模型輕繩模型和輕桿模型，分析比較如下：2.汽車過橋問題當(dāng)汽車以相同的速率分別行駛在凸形橋的最高點(diǎn)和凹形橋的最低點(diǎn)時(shí)，汽車對橋的壓力的區(qū)別如下表所示.基礎(chǔ)自測如圖12所示，輕桿長1 m，其兩端各連接質(zhì)量為1 kg的小球，桿可繞距B端0.2 m的軸O在豎直平面內(nèi)自由轉(zhuǎn)動，輕桿從靜止由水平轉(zhuǎn)至豎直方向，A球在最低點(diǎn)時(shí)的速度為4 m/s.(g取10 m/s2)求：(1)A球此時(shí)對桿的作用力大小及方向(2)B球此時(shí)對桿的作用力大小及方向解析：在最低點(diǎn)時(shí)桿對球一定是拉力，在最高點(diǎn)桿對球可能是拉力，也可能是支持力，由具體情況來決定答案：(1)

4、30 N，向下(2)5 N，向下知識回顧1定義做勻速圓周運(yùn)動的物體，在合外力突然消失或者不足以提供圓周運(yùn)動所需的向心力的情況下，就做逐漸遠(yuǎn)離圓心的運(yùn)動，叫做離心運(yùn)動2離心運(yùn)動的應(yīng)用和危害利用離心運(yùn)動制成離心機(jī)械，如：離心干燥器、洗衣機(jī)的脫水筒等汽車、火車轉(zhuǎn)彎處，為防止離心運(yùn)動造成的危害，一是限定汽車和火車的轉(zhuǎn)彎速度不能太大；二是把路面筑成外高內(nèi)低的斜坡以增大向心力說明：若合外力大于所需的向心力，物體離圓心將越來越近，即為近心運(yùn)動要點(diǎn)深化物體做離心運(yùn)動的條件(1)做圓周運(yùn)動的物體，由于本身具有慣性，總是想沿著切線方向運(yùn)動，只是由于向心力作用，使它不能沿切線方向飛出，而被限制著沿圓周運(yùn)動，如圖14

5、中B情形所示(2)當(dāng)產(chǎn)生向心力的合外力消失，F(xiàn)0，物體便沿所在位置的切線方向飛出去，如圖14中A所示(3)當(dāng)提供向心力的合外力不完全消失，而只是小于應(yīng)當(dāng)具有的向心力Fmr2，即合外力不足以提供所需的向心力的情況下，物體沿切線與圓周之間的一條曲線運(yùn)動，如圖14中C所示基礎(chǔ)自測圖15是摩托車比賽轉(zhuǎn)彎時(shí)的情形轉(zhuǎn)彎處路面常是外高內(nèi)低，摩托車轉(zhuǎn)彎有一個(gè)最大安全速度，若超過此速度，摩托車將發(fā)生滑動對于摩托車滑動的問題，下列論述正確的是()A摩托車一直受到沿半徑方向向外的離心力作用B摩托車所受外力的合力小于所需的向心力C摩托車將沿其線速度的方向沿直線滑去D摩托車將沿其半徑方向沿直線滑去解析：本題考查圓周運(yùn)動

6、的規(guī)律和離心現(xiàn)象摩托車只受重力、地面支持力和地面的摩擦力作用，沒有離心力，A項(xiàng)錯(cuò)誤；摩托車正確轉(zhuǎn)彎時(shí)可看做是做勻速圓周運(yùn)動，所受的合力等于向心力，如果向外滑動，說明提供的向心力即合力小于需要的向心力，B項(xiàng)正確；摩托車將在沿線速度方向與半徑向外的方向之間做離心曲線運(yùn)動，C、D項(xiàng)錯(cuò)誤答案：B師生互動師生互動 規(guī)律總結(jié)規(guī)律總結(jié) 課堂講練互動課堂講練互動例1鐵路轉(zhuǎn)彎處的彎道半徑r是根據(jù)地形決定的，彎道處要求外軌比內(nèi)軌高，其內(nèi)外軌道高度差h的設(shè)計(jì)不僅與r有關(guān)，還取決于火車在彎道上的行駛速率，下表中是鐵路設(shè)計(jì)人員技術(shù)手冊中彎道半徑r及與之對應(yīng)的軌道的高度差h：(g10 m/s2)彎道半徑彎道半徑r/m66

7、0330220165132110內(nèi)外軌道高內(nèi)外軌道高度差度差h/mm50100150200250300(1)據(jù)表中數(shù)據(jù)，導(dǎo)出h和r關(guān)系的表達(dá)式，并求出r440 m時(shí)h的值. (2)鐵路建成后，火車通過彎道時(shí)，為保證絕對安全，要求內(nèi)、外軌道均不向車輪施加側(cè)向壓力，又已知我國鐵路內(nèi)、外軌的間距設(shè)計(jì)值L1435 mm，結(jié)合表中的數(shù)據(jù)，算出我國火車的轉(zhuǎn)彎速度v.(以km/h為單位，結(jié)果取整數(shù))(設(shè)軌傾角很小時(shí)，正弦值按正切值處理)變式11上海磁懸浮線路的最大轉(zhuǎn)彎處半徑達(dá)到8000 m，近距離用肉眼看幾乎是一條直線，而轉(zhuǎn)彎處最小半徑也達(dá)到1300 m一個(gè)質(zhì)量為50 kg的乘客坐在車上以360 km/h不

8、變速率隨車駛過半徑2500 m彎道，下列說法正確的是()A乘客受到的向心力大小約為200 NB乘客受到來自車廂的力大小約為200 NC乘客受到來自車廂的力大小約為539 ND彎道半徑設(shè)計(jì)特別長可以使乘客在轉(zhuǎn)彎時(shí)更舒適答案：ACD例2長l0.5 m、質(zhì)量可以忽略的桿，其下端固定于O點(diǎn)，上端連接著一個(gè)質(zhì)量m2 kg的小球A，A繞O點(diǎn)做圓周運(yùn)動，如圖17所示，在A通過最高點(diǎn)時(shí)，試討論在下列兩種情況下桿的受力：(取g10 m/s2)(1)當(dāng)A的速率v11 m/s時(shí)(2)當(dāng)A的速率v24 m/s時(shí)答案(1)16 N壓力(2)44 N拉力變式212009年12月15日港珠澳大橋正式開建，橋梁按六車道高速公

9、路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，設(shè)計(jì)行車速度每小時(shí)100千米假設(shè)一輛質(zhì)量m2.0 t的小轎車，駛過半徑R90 m的一段圓弧形橋面，重力加速度g10 m/s2.求：(1)若橋面為凹形，汽車以20 m/s的速度通過橋面最低點(diǎn)時(shí)，對橋面的壓力是多大？(2)若橋面為凸形，汽車以10 m/s的速度通過橋面最高點(diǎn)時(shí)，對橋面的壓力是多大？(3)汽車以多大速度通過凸形橋面最高點(diǎn)時(shí)，對橋面剛好沒有壓力？解析：(1)汽車通過凹形橋面最低點(diǎn)時(shí)，在水平方向受到牽引力和阻力f，在豎直方向受到橋面向上的支持力N1和向下的重力Gmg，如圖20所示答案：(1)2.89104N(2)1.78104N(3)30m/s例3如圖22所示，細(xì)繩一端系著質(zhì)

10、量m0.6 kg的物體，靜止在水平面上，另一端通過光滑的小孔吊著質(zhì)量m0.3 kg的物體，m的重心與圓孔距離為0.2 m，并知m和水平面的最大靜摩擦力為2 N現(xiàn)使此平面繞中心軸線轉(zhuǎn)動，問角速度在什么范圍，m 會處于靜止?fàn)顟B(tài)(取g10 m/s2)解析要使m靜止，m也應(yīng)與平面相對靜止，而m與平面靜止時(shí)有兩個(gè)臨界狀態(tài)：當(dāng)為所求范圍最小值時(shí)，m有向著圓心運(yùn)動的趨勢，水平面對m的靜摩擦力的方向背離圓心，大小等于最大靜摩擦力2 N.此時(shí)，對m運(yùn)用牛頓第二定律，有Tfmaxm12r，且Tmg解得12.9 rad/s.當(dāng)為所求范圍最大值時(shí)，m有背離圓心運(yùn)動的趨勢，水平面對m的靜摩擦力的方向向著圓心，大小還等于

11、最大靜摩擦力2 N.再對m運(yùn)用牛頓第二定律，有Tfmaxm22r，且Tmg解得26.5 rad/s.所以，題中所求的范圍是：2.9 rad/s6.5 rad/s.答案2.9 rad/s6.5 rad/s題后反思 一般求解“在什么范圍內(nèi)”這一類的問題就是要分析兩個(gè)臨界狀態(tài)最大靜摩擦力的方向與物體的相對運(yùn)動趨勢方向有關(guān)，當(dāng)角速度最小時(shí)，有向著圓心的方向運(yùn)動的趨勢，當(dāng)角速度達(dá)到最大的時(shí)候，有遠(yuǎn)離圓心的方向運(yùn)動的趨勢，因此出現(xiàn)了極值情況變式31如圖23所示，兩個(gè)用相同材料制成的靠摩擦轉(zhuǎn)動的輪A和B水平放置，兩輪半徑RA2RB.當(dāng)主動輪A勻速轉(zhuǎn)動時(shí)，在A輪邊緣上放置的小木塊恰能相對靜止在A輪邊緣上若將小

12、木塊放在B輪上，欲使木塊相對B輪也靜止，則木塊距B輪轉(zhuǎn)軸的最大距離為()答案：C感悟真題感悟真題 檢驗(yàn)技能檢驗(yàn)技能 隨堂鞏固訓(xùn)練隨堂鞏固訓(xùn)練1在實(shí)際修筑鐵路時(shí)，要根據(jù)彎道半徑和規(guī)定的行駛速度，適當(dāng)選擇內(nèi)外軌的高度差，如果火車按規(guī)定的速率轉(zhuǎn)彎，內(nèi)、外軌與車輪之間沒有側(cè)壓力，那么火車以小于規(guī)定的速率轉(zhuǎn)彎，則()A僅內(nèi)軌對車輪有側(cè)壓力B僅外軌對車輪有側(cè)壓力C內(nèi)、外軌對車輪都有側(cè)壓力D內(nèi)、外軌對車輪均無側(cè)壓力答案：A2質(zhì)量為60 kg的體操運(yùn)動員，做“單臂大回環(huán)”，用一只手抓住單杠，伸展身體，以單杠為軸做圓周運(yùn)動如圖24所示，此過程中，運(yùn)動員到達(dá)最低點(diǎn)時(shí)手臂受的拉力至少約為(忽略空氣阻力，g10 m/

13、s2)()A600 NB2 400 NC3 000 N D3 600 N答案：C3如圖25所示，半徑為R的圓筒繞豎直中心軸OO轉(zhuǎn)動，小物塊A靠在圓筒的內(nèi)壁上，它與圓筒的動摩擦因數(shù)為，現(xiàn)要使A不下落，則圓筒轉(zhuǎn)動的角速度至少為()解析：如圖26所示，以A為研究對象，A受三個(gè)力作用：重力mg，靜摩擦力Ff和支持力FN，其中重力和靜摩擦力平衡，所以Ffmg答案：D4一級方程式F1汽車大賽中，布朗車隊(duì)的車手巴頓駕駛著一輛總質(zhì)量是M(M約1.5噸)的賽車經(jīng)過一半徑為R的水平彎道時(shí)的速度為v.工程師為提高賽車的性能，都將賽車形狀設(shè)計(jì)得使其上、下方空氣存在一個(gè)壓力差氣動壓力(行業(yè)術(shù)語)，從而增大了賽車對地面的

14、正壓力，行業(yè)中將正壓力與摩擦力的比值稱為側(cè)向附著系數(shù)，用表示要使上述賽車轉(zhuǎn)彎時(shí)不致側(cè)滑，所需氣動壓力至少為多大？5飛機(jī)俯沖拉起時(shí)，飛行員處于超重狀態(tài)，即飛行員對座位的壓力大于他所受的重力，這種現(xiàn)象也叫過荷過荷會造成飛行員大腦缺血，四肢沉重、過荷過大時(shí)，飛行員還會暫時(shí)失明，甚至?xí)炟曙w行員可以通過加強(qiáng)訓(xùn)練來提高自己的抗荷能力如圖27所示是訓(xùn)練飛行員用的一種離心試驗(yàn)器當(dāng)試驗(yàn)器轉(zhuǎn)動時(shí)，被訓(xùn)練人員根據(jù)測試要求，在試驗(yàn)艙內(nèi)可取坐、臥等不同姿勢，以測試離心作用對飛行員產(chǎn)生的影響離心試驗(yàn)器轉(zhuǎn)動時(shí)，被測驗(yàn)者做勻速圓周運(yùn)動現(xiàn)觀察到圖中的直線AB(即垂直于座位的直線)與水平桿成30角被測驗(yàn)者對座位的壓力是他所受重力的多少倍？向心加速度多大？溫溫示示提提馨馨課時(shí)作業(yè)課時(shí)作業(yè)堂堂清堂堂清 （點(diǎn)擊進(jìn)入）（點(diǎn)擊進(jìn)入）