2019-2020学年高中物理沪科版必修2课件:2.3 圆周运动的案例分析 .pptx
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1、2.3 圆周运动的案例分析,自主阅读,自我检测,一、分析游乐场中的圆周运动,自主阅读,自我检测,思考“水流星”是我国传统的杂技节目,演员们把盛有水的容器用绳子拴住在空中如流星般快速舞动,同时表演高难度的动作,容器中的水居然一滴也不掉下来。为什么? 提示:水的重力提供了向心力。,自主阅读,自我检测,二、研究运动物体转弯时的向心力,自主阅读,自我检测,思考若将火车在弯道上转弯时的运动看作匀速圆周运动,其圆心在哪儿? 提示:火车在弯道上转弯是在水平面内的圆周运动,其圆心不在轨道所在的斜面上,而是在水平面内圆周轨迹的圆心处。,自主阅读,自我检测,1.正误辨析 (1)过山车在最高点时人只受重力作用。 (
2、 ) (2)要让过山车安全通过最高点,速度应大于临界速度。 ( ) (3)过山车在最低点时,因合力向上故人受支持力大于重力。 ( ) (4)火车转弯时,靠外轨对火车的弹力提供向心力。 ( ) (5)在转弯半径一定的情况下,汽车速度越大,需要的向心力越大。 ( ) 答案:(1) (2) (3) (4) (5),自主阅读,自我检测,2.火车在某个弯道按规定运行速度40 m/s转弯时,内、外轨对车轮皆无侧压力,若火车在该弯道实际运行速度为30 m/s,则下列说法正确的是( ) A.仅内轨对车轮有侧压力 B.仅外轨对车轮有侧压力 C.内、外轨对车轮都有侧压力 D.内、外轨对车轮均无侧压力 解析:火车在
3、弯道按规定运行速度转弯时,重力和支持力的合力提供向心力,内、外轨对车轮皆无侧压力。若火车的运行速度小于规定运行速度时,重力和支持力的合力大于火车需要的向心力,内轨对车轮产生侧压力,重力、支持力和内轨的侧压力的合力提供火车做圆周运动的向心力,故A正确。 答案:A,自主阅读,自我检测,3.下图是飞机由俯冲转为拉起的一段轨迹可看作一段圆弧,飞机做俯冲拉起运动时,在最低点附近做半径为r=200 m的圆周运动,如果飞行员质量m=70 kg,飞机经过最低点P时的速度v=360 km/h,则这时飞行员对座椅的压力是多少?(g取10 m/s2),自主阅读,自我检测,解析:飞机经过最低点时,v=360 km/h
4、=100 m/s。对飞行员进行受力分析,飞行员在竖直面内共受到重力和座椅的支持力两个力的作用,由牛顿第三定律得,飞行员对座椅的压力为4 200 N。,答案:4 200 N,问题导引,知识归纳,典例剖析,知识点一,知识点二,竖直平面内的圆周运动 过山车和乘客在轨道上的运动是圆周运动(如图甲、乙所示),那么过山车驶至轨道的顶部,车与乘客都在轨道的下方,为什么不会掉下来? 要点提示:过山车驶至轨道的顶部时,车所受的轨道的压力和所受的重力的合力提供车做圆周运动的向心力,只改变速度方向,而不使物体做自由落体运动。,问题导引,知识归纳,典例剖析,知识点一,知识点二,1.过山车问题分析 设过山车与坐在上面的
5、人的质量为m,轨道半径为r,过山车经过顶部时的速度为v,以人和车作为一个整体,在顶部时所受向心力是由重力和轨道对车的弹力的合力提供的。由牛顿第二定律得,当FN=0时,过山车通过圆形轨道顶部的速度为临界速度,此时重,问题导引,知识归纳,典例剖析,知识点一,知识点二,2.轻绳模型 下图是轻绳系的小球或在轨道内侧运动的小球,在最高点时的临,在最高点时:,问题导引,知识归纳,典例剖析,知识点一,知识点二,3.轻杆模型 如图所示,在细轻杆上固定的小球或在管形轨道内运动的小球,由于杆和管能对小球产生向上的支持力,所以小球能在竖直平面内做圆周运动的条件是在最高点的速度大于或等于零,即杆类模型中小球在最高点的
6、临界速度为v临界=0。 小球的受力情况为: (1)v=0时,小球受向上的支持力FN=mg。,问题导引,知识归纳,典例剖析,知识点一,知识点二,【例1】 右图是长L=0.5 m、质量可忽略的细杆,其一端可绕O点在竖直平面内转动,另一端固定着一个物体A。A的质量为m=2 kg,当A通过最高点时,求在下列两种情况下小球对杆的作用力。(g取10 m/s2) (1)A在最高点的速度为1 m/s。 (2)A在最高点的速度为4 m/s。,问题导引,知识归纳,典例剖析,知识点一,知识点二,解析:设物体A在最高点的速度为v0时,与杆之间恰好没有相互作用力,此时向心力完全由重力提供,根据牛顿第二定律有,(1)当A
7、在最高点的速度为v1=1 m/s时,因v1v0,此时物体A受到杆向上的支持力作用,根据牛顿第二定律有,根据牛顿第三定律,小球对杆的作用力大小为16 N,方向向下。,(2)当A在最高点的速度为v2=4 m/s时,因v2v0,此时物体A受到杆向下的拉力作用,根据牛顿第二定律有,根据牛顿第三定律,小球对杆的作用力大小为44 N,方向向上。,问题导引,知识归纳,典例剖析,知识点一,知识点二,答案:(1)16 N 向下 (2)44 N 向上 规律方法三步分析竖直平面内的圆周运动 (1)确定圆周运动的类型,是绳模型还是杆模型。 (2)确定物体过最高点的临界条件。 (3)分析物体受力情况,根据牛顿第二定律及
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