高中物理57生活中的圓周運(yùn)動精講優(yōu)練課型課件新人教版必修2(編輯修改稿)
2024-12-23 18:59 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 向心力，火車轉(zhuǎn)彎平面是水平面?；疖囀芰θ鐖D所示， 由牛頓第二定律得 F=mgtanα=m ① 由于 α 很小，可以近似認(rèn)為 tanα=sinα= ② 解①②式得 v=30m/s 答案： 30m/s 2vrhl【 補(bǔ)償訓(xùn)練 】 在世界一級方程式錦標(biāo)賽中，賽車在水平路面上轉(zhuǎn)彎時，常常在彎道上沖出跑道，其原因是 ( ) ，運(yùn)動員未能及時轉(zhuǎn)動方向盤造成的 ，沒有及時加速造成的 ，沒有及時減速造成的 【 解析 】 選 C。賽車在水平彎道上行駛時，摩擦力提供向心力，而且速度越大，需要的向心力越大，如不及時減速，當(dāng)摩擦力不足以提供向心力時，賽車就會沖出跑道，故 C正確。 二、豎直平面內(nèi)的圓周運(yùn)動 思考探究： 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，請思考： (1)小球要在豎直平面內(nèi)完成圓周運(yùn)動，經(jīng)過最高點(diǎn)時的最小速度能為零嗎？ (2)小球經(jīng)過最高點(diǎn)時，與繩 (或桿 )之間的作用力可以為零嗎？ 提示： (1)在輕繩作用下運(yùn)動時小球經(jīng)過最高點(diǎn)的速度不能為零，在輕桿作用下運(yùn)動時可以為零，因為若在輕繩作用下到達(dá)最高點(diǎn)時速度為零，小球?qū)⒃谥亓ψ饔孟孪侣洌豢赡茏鰣A周運(yùn)動。 (2)小球經(jīng)過最高點(diǎn)時，與繩 (或桿 )之間的作用力可以為零，此時，由重力提供小球做圓周運(yùn)動的向心力。 【 歸納總結(jié) 】 ：物體在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動時，受彈力和重力兩個力的作用，物體做變速圓周運(yùn)動。 ：小球運(yùn)動到最低點(diǎn)時受桿或軌道向上的彈力和向下的重力作用，由這兩個力的合力充當(dāng)向心力， FNmg= 。 2vmr：物體在最高點(diǎn)時的受力特點(diǎn)可分為以下兩種： 模型 臨界條件 最高點(diǎn)受力分析 細(xì)繩牽拉型的圓周運(yùn)動 小球沿豎直光滑軌道內(nèi)側(cè)做圓周運(yùn)動，如圖所示 小球恰好過最高點(diǎn)：彈力(或拉力 )為零，重力充當(dāng)向心力， mg=m ，可得：臨界速度 v= v 時，繩或軌道對小球產(chǎn)生向下的拉力或壓力 v= 時，繩或軌道對小球剛好不產(chǎn)生作用力 小球在細(xì)繩作用下在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動，如圖所示 v 時，小球不能在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動，小球沒有到達(dá)最高點(diǎn)就脫離了軌道 gR2vRgRgRgR模型 臨界條件 最高點(diǎn)受力分析 輕桿支撐型的圓周運(yùn)動 小球在豎直放置的光滑細(xì)管內(nèi)做圓周運(yùn)動，如圖所示 (1)小球恰好過最高點(diǎn)：由于桿和管能對小球產(chǎn)生向上的支持力，故小球在豎直面內(nèi)做圓周運(yùn)動的臨界條件是最高點(diǎn)的速度恰好為零。 (2)桿對球的彈力恰好為零：此時小球只受重力，重力充當(dāng)向心力， mg=m ，可得：臨界速度 v= v 時，桿或管的上側(cè)產(chǎn)生向下的拉力或壓力 v= 時，球在最高點(diǎn)只受重力，不受桿或管的作用力 小球被一輕桿拉著在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動，如圖所示 0v 時，桿或管的下側(cè)產(chǎn)生向上的支持力 gR2vRgRgRgR【 典例示范 】 長度為 OA繞 O點(diǎn)在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動， A端連著一個質(zhì)量 m=2kg的小球。求在下述的兩種情況下，通過最高點(diǎn)時小球?qū)U的作用力的大小和方向 (g取 10m/s2)： (1)桿做勻速圓周運(yùn)動的轉(zhuǎn)速為 。 (2)桿做勻速圓周運(yùn)動的轉(zhuǎn)速為 。 【 解題探究 】 (1)在最高點(diǎn)，球的向心力由誰提供？ 提示： 在最高點(diǎn)時，桿對球的彈力和球的重力的合力充當(dāng)向心力。 (2)桿對球施加的力一定是拉力嗎？ 提示： 桿對球可能提供支持力，也可能提供拉力，由球的加速度決定。 【 正確解答 】 小球在最高點(diǎn)的受力如圖所示： (1)桿的轉(zhuǎn)速為 ， ω=2π n=4πrad/s 由牛頓第二定律得： F+mg=mLω 2 故小球所受桿的作用力 F=mLω 2mg=2 ( 42 π 210)N≈138N 即桿對小球提供了 138N的拉力 由牛頓第三定律知，小球?qū)U的拉力大小為 138N，方向豎直向上。 (2)桿的轉(zhuǎn)速為 ， ω′=2π n′=πrad/s 同理可得小球所受桿的作用力 F=mLω′ 2mg=2 ( π 210)N≈ 10N。 力 F為負(fù)值表示它的方向與受力分析中所假設(shè)的方向相反，故小球?qū)U的壓力大小為 10N，方向豎直向下。 答案： 見正確解答 【 過關(guān)訓(xùn)練 】 1.(拓展延伸 )若 【 典例示范 】 中其他條件不變，將輕桿換成輕繩， (1)當(dāng)轉(zhuǎn)速為 ，小球能否在豎直面內(nèi)做圓周運(yùn)動？若能，求此時繩子
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