曲線運(yùn)動(dòng)課件4

1、成才之路 · 物理,路漫漫其修遠(yuǎn)兮 吾將上下而求索,人教版 · 必修2,曲線運(yùn)動(dòng),第五章,第七節(jié)　生活中的圓周運(yùn)動(dòng),第五章,如下圖所示的“水流星”是我國(guó)傳統(tǒng)的雜技節(jié)目，演員們把盛有水的容器用繩子拉住在空中如流星般快速擺動(dòng)，同時(shí)表演高難度的動(dòng)作，容器中的水居然一滴也不流下來(lái)。,,你考慮過(guò)沒(méi)有：(1)“水流星”的運(yùn)動(dòng)快慢與手中拉力的大小有什么關(guān)系？(2)如果手中的力漸漸減小，將會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象？當(dāng)“水流星”轉(zhuǎn)到最高點(diǎn)時(shí)

2、，如果突然松手，會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象？,1．火車在彎道上的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)火車在彎道上運(yùn)動(dòng)時(shí)做_______運(yùn)動(dòng)，因而具有_______加速度，由于其質(zhì)量巨大，需要很大的__________。,鐵路的彎道,圓周,向心,向心力,2．向心力來(lái)源(1)如果轉(zhuǎn)彎處內(nèi)外軌一樣高，則由__________________提供向心力，這樣鐵軌和車輪極易受損。(2)實(shí)際上，鐵路的轉(zhuǎn)彎處外軌略高于內(nèi)軌，鐵軌對(duì)火車的支持力不是豎直向上的，而是斜向彎道的______

3、，鐵軌對(duì)火車的________與火車所受______的合力指向____________，它提供了火車做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力。,外軌對(duì)輪緣的彈力,內(nèi)側(cè),支持力,重力,軌道的圓心,1．運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)汽車過(guò)拱形橋時(shí)做__________，因而具有______加速度，需要向心力。2．向心力來(lái)源汽車過(guò)拱形橋運(yùn)動(dòng)至最高(低)點(diǎn)時(shí)，_______和_________的合力提供汽車需要的向心力。,拱形橋,圓周運(yùn)動(dòng),向心,重力,支持力,3．動(dòng)力學(xué)關(guān)系(1)

4、凸形橋汽車過(guò)凸形拱橋的最高點(diǎn)時(shí)，汽車受到的重力與橋?qū)ζ囍С至Φ暮狭＝__________提供向心力；如圖所示所以汽車過(guò)凸形拱橋時(shí)FN＝__________　汽車對(duì)橋的壓力F′N__________汽車的重量G。,G－FN,小于,(2)凹形橋汽車過(guò)凹形橋的最低點(diǎn)時(shí)，仍然是橋?qū)ζ嚨闹С至椭亓Φ暮狭＝__________提供向心力，如圖所示。過(guò)凹形橋時(shí)，F(xiàn)N＝__________　汽車對(duì)橋的壓力F′N_____

5、_____汽車的重量G。,FN－G,大于,航天器中的失重現(xiàn)象,mg－FN,完全失重,1．定義：物體沿切線飛出或做逐漸__________的運(yùn)動(dòng)。2．原因：向心力突然消失或合外力不足以提供所需的__________。3．應(yīng)用：洗衣機(jī)的__________，制作__________、水泥管道、水泥電線桿等。,離心運(yùn)動(dòng),遠(yuǎn)離圓心,向心力,脫水筒,無(wú)縫鋼筒,一、火車轉(zhuǎn)彎問(wèn)題1．火車車輪的特點(diǎn)火車的車輪有凸出的輪緣，火車在鐵軌上運(yùn)行時(shí)，車

6、輪與鐵軌有水平與豎直兩個(gè)接觸面，這種結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，主要是避免火車運(yùn)行時(shí)脫軌，如圖所示。,,2．火車彎道的特點(diǎn)彎道處外軌高于內(nèi)軌，火車在行駛過(guò)程中，重心高度不變，即火車的重心軌跡在同一水平面內(nèi)，火車的向心加速度和向心力均沿水平面指向圓心。3．火車轉(zhuǎn)彎的向心力來(lái)源火車速度合適時(shí)，火車只受重力和支持力作用，火車轉(zhuǎn)彎時(shí)所需的向心力完全由支持力和重力的合力來(lái)提供。如圖所示。,4．軌道輪緣壓力與火車速度的關(guān)系(1)當(dāng)火車行駛速率v等于規(guī)定速度v

7、0時(shí)，內(nèi)、外軌道對(duì)輪緣都沒(méi)有側(cè)壓力。(2)當(dāng)火車行駛速度v大于規(guī)定速度v0時(shí)，火車有離心運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，故外軌道對(duì)輪緣有側(cè)壓力。(3)當(dāng)火車行駛速度v小于規(guī)定速度v0時(shí)，火車有向心運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，故內(nèi)軌道對(duì)輪緣有側(cè)壓力。,特別提醒：汽車、摩托車賽道拐彎處，高速公路轉(zhuǎn)彎處設(shè)計(jì)成外高內(nèi)低，也是盡量使車受到的重力和支持力的合力提供向心力，以減小車輪與路面之間的橫向摩擦力。,答案：BD解析：當(dāng)火車速度增大時(shí)，可適當(dāng)增大轉(zhuǎn)彎半徑或適當(dāng)增大軌道傾角，以

8、減小外軌所受壓力。,,二、汽車過(guò)橋問(wèn)題關(guān)于汽車過(guò)橋問(wèn)題，用圖表概括如下：,答案：C,解析：戰(zhàn)車在B點(diǎn)時(shí)對(duì)路面的壓力最大，在A點(diǎn)時(shí)對(duì)路面壓力最小，故選C。,三、離心運(yùn)動(dòng)1．離心運(yùn)動(dòng)的實(shí)質(zhì)離心運(yùn)動(dòng)是物體逐漸遠(yuǎn)離圓心的運(yùn)動(dòng)，它的本質(zhì)是物體慣性的表現(xiàn)。做圓周運(yùn)動(dòng)的物體，總是有沿著圓周切線飛出去的趨勢(shì)，之所以沒(méi)有飛出去，是因?yàn)槭艿较蛐牧ψ饔玫木壒省?．物體做離心運(yùn)動(dòng)的條件做圓周運(yùn)動(dòng)的物體，一旦提供向心力的外力突然消失，或者外力不能提供足

9、夠的向心力時(shí)，物體做遠(yuǎn)離圓心的運(yùn)動(dòng)，即離心運(yùn)動(dòng)。,3．離心運(yùn)動(dòng)的受力特點(diǎn)物體做離心運(yùn)動(dòng)并不是物體受到離心力作用，而是由于外力不能提供足夠的向心力。所謂“離心力”也是由效果命名的，實(shí)際并不存在。,答案：內(nèi)筒高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，黏稠的糖汁就做離心運(yùn)動(dòng)，從內(nèi)筒壁的小孔飛散出去成為絲狀，到達(dá)溫度較低的外筒時(shí)，迅速冷卻凝固，變得纖細(xì)雪白，像一團(tuán)團(tuán)棉花。,對(duì)火車、汽車轉(zhuǎn)彎問(wèn)題的探究,,解析：火車在轉(zhuǎn)彎時(shí)所需的向心力在“臨界”狀況時(shí)由火車所受的重力和軌道對(duì)

10、火車的支持力的合力提供。如圖所示，圖中h為內(nèi)外軌高度差，L為軌距。,,討論：(1)如果車速v＞72km/h(20m/s)，F(xiàn)將小于需要的向心力，所差的力仍需由外軌對(duì)輪緣的彈力來(lái)彌補(bǔ)。這樣就出現(xiàn)外側(cè)車輪的輪緣向外擠壓外軌的現(xiàn)象。(2)如果車速v＜72km/h，F(xiàn)將大于需要的向心力。超出的力則由內(nèi)軌對(duì)內(nèi)側(cè)車輪緣的壓力來(lái)平衡，這樣就出現(xiàn)了內(nèi)側(cè)車輪的輪緣向外擠壓內(nèi)軌的現(xiàn)象。點(diǎn)評(píng)：臨界值是圓周運(yùn)動(dòng)中經(jīng)?？疾榈囊粋€(gè)重點(diǎn)內(nèi)容，它是物體在做圓周運(yùn)動(dòng)

11、過(guò)程中，發(fā)生質(zhì)變的數(shù)值或使物體受力情況發(fā)生變化的關(guān)鍵數(shù)值，今后要注意對(duì)臨界值的判斷和應(yīng)用。,A．路面外側(cè)高內(nèi)側(cè)低B．車速只要低于vc，車輛便會(huì)向內(nèi)側(cè)滑動(dòng)C．車速雖然高于vc，但只要不超出某一最高限度，車輛便不會(huì)向外側(cè)滑動(dòng)D．當(dāng)路面結(jié)冰時(shí)，與未結(jié)冰時(shí)相比，vc的值變小答案：AC,解析：抓住臨界點(diǎn)分析汽車轉(zhuǎn)彎的受力特點(diǎn)及不側(cè)滑的原因，結(jié)合圓周運(yùn)動(dòng)規(guī)律可判斷。汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)，恰好沒(méi)有向公路內(nèi)外兩側(cè)滑動(dòng)的趨勢(shì)，說(shuō)明公路外側(cè)高一些，支持力的

12、水平分力剛好提供向心力，此時(shí)汽車不受靜摩擦力的作用，與路面是否結(jié)冰無(wú)關(guān)，故選項(xiàng)A正確，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。當(dāng)vvc時(shí)，支持力的水平分力小于所需向心力，汽車有向外側(cè)滑動(dòng)的趨勢(shì)，在摩擦力大于最大靜摩擦力前不會(huì)側(cè)滑，故選項(xiàng)B錯(cuò)誤，選項(xiàng)C正確。,汽車在拱橋上運(yùn)動(dòng)的有關(guān)問(wèn)題,,(1)汽車允許的最大速率是多少？(2)若以所求速度行駛，汽車對(duì)橋面的最小壓力是多少？(g取10m/s2)解析：汽車在拱橋上運(yùn)動(dòng)時(shí)，對(duì)凹形橋的壓力大于其重力，而對(duì)凸形橋則壓力小于

13、重力。由此可知，對(duì)凹形橋則存在一個(gè)允許最大速率，對(duì)凸形橋則有最小壓力?？筛鶕?jù)圓周運(yùn)動(dòng)知識(shí)，在最低點(diǎn)和最高點(diǎn)列方程求解。汽車駛至凹面的底部時(shí)，合力向上，此時(shí)車對(duì)橋面壓力最大；汽車駛至凸面的頂部時(shí)，合力向下，此時(shí)車對(duì)橋面的壓力最小。,點(diǎn)評(píng)：在汽車經(jīng)過(guò)拱形橋或類似的物體經(jīng)過(guò)豎直曲線做圓周運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題中，一般在軌道的最低點(diǎn)和最高點(diǎn)分析受力列方程，無(wú)論該類題目的具體內(nèi)容如何，通過(guò)分析受力，找出提供的向心力列方程求解是最基本的方法。,A．玩具車靜止

14、在拱橋頂端時(shí)的示數(shù)小一些B．玩具車運(yùn)動(dòng)通過(guò)拱橋頂端時(shí)的示數(shù)大一些C．玩具車運(yùn)動(dòng)通過(guò)拱橋頂端時(shí)處于超重狀態(tài)D．玩具車運(yùn)動(dòng)通過(guò)拱橋頂端時(shí)速度越大(未離開拱橋)，示數(shù)越小答案：D解析：玩具車通過(guò)拱橋頂端時(shí)處于失重狀態(tài)，速度越大示數(shù)越小，故選項(xiàng)D正確。,離心運(yùn)動(dòng),答案：ACD,A．甲 B．乙C．丙 D．都有道理答案：C解析：當(dāng)向心力不足時(shí)，物體會(huì)做離心運(yùn)動(dòng)，A錯(cuò)誤，C正確；離心力是不存在的，B錯(cuò)誤。,,開放·探究,