（11月合辑）福建省福鼎市第二中学高三物理一轮复习 第3节 向心力的实例分析课件 (2).ppt

第第3 3节节 向心力的实例分析向心力的实例分析2021/8/11 星期三1 1 1.会在具体问题中分析向心力来源会在具体问题中分析向心力来源 2.2.知道向心力和向心加速度的公式也适用于变速圆周知道向心力和向心加速度的公式也适用于变速圆周运动运动 3.3.会求变速圆周运动特殊点的向心力和向心加速度会求变速圆周运动特殊点的向心力和向心加速度 4.4.通过对匀速圆周运动实例的分析，渗透理论联系通过对匀速圆周运动实例的分析，渗透理论联系实际的观点，提高学生分析和解决问题的能力实际的观点，提高学生分析和解决问题的能力 5.5.通过对匀速圆周运动的规律也可以在变速圆周运动通过对匀速圆周运动的规律也可以在变速圆周运动使用的认识，渗透特殊性和一般性之间的辩证关系使用的认识，渗透特殊性和一般性之间的辩证关系2021/8/11 星期三2思考思考滑冰运动员和摩托车在滑冰运动员和摩托车在拐弯时由谁提供向心力呢？拐弯时由谁提供向心力呢？在水平面上拐弯时，有向外侧打滑的趋在水平面上拐弯时，有向外侧打滑的趋势，地面就会对势，地面就会对摩托车摩托车产生指向内侧的产生指向内侧的摩擦力，这时受到三个力的作用：重力摩擦力，这时受到三个力的作用：重力G G、支持力支持力N N和静摩擦力和静摩擦力f,f,其中静摩擦力指向其中静摩擦力指向圆心，提供圆心，提供摩托车摩托车转弯时所需的向心力转弯时所需的向心力F F，即，即F=f.F=f.GNf2021/8/11 星期三3由向心力公式：由向心力公式：所以，当转弯过快或转弯半径太小时，摩擦力不足以提所以，当转弯过快或转弯半径太小时，摩擦力不足以提供摩托车转弯时所需向心力。这时候摩托车将发生事故。供摩托车转弯时所需向心力。这时候摩托车将发生事故。思考思考在现实生活中，公路和铁路的弯道通在现实生活中，公路和铁路的弯道通常是外高内低，为什么这样设计呢？常是外高内低，为什么这样设计呢？2021/8/11 星期三4GN汽车拐弯汽车拐弯NGF拐弯情景：拐弯情景：受力分析：受力分析：可得：可得：即：即：由此可知：弯道的限速取决于弯道半径及倾角。由此可知：弯道的限速取决于弯道半径及倾角。2021/8/11 星期三5火车拐弯火车拐弯思考思考如果火车转弯时的速度超过了理想转弯速度，那么哪如果火车转弯时的速度超过了理想转弯速度，那么哪一道铁轨会受到车轮轮缘挤压？一道铁轨会受到车轮轮缘挤压？如果火车转弯时的速度小于理想转弯速度，那么哪如果火车转弯时的速度小于理想转弯速度，那么哪一道铁轨会受到车轮轮缘挤压？一道铁轨会受到车轮轮缘挤压？外轨外轨内轨内轨2021/8/11 星期三6在游乐场里，惊险又有趣的项目之一就是在游乐场里，惊险又有趣的项目之一就是坐过山车，如图中的过山车的轨道，是由坐过山车，如图中的过山车的轨道，是由两个几十米高的滑坡和一个十几米高的环两个几十米高的滑坡和一个十几米高的环形轨道构成，当过山车快速驶过环形轨道形轨道构成，当过山车快速驶过环形轨道顶端的时候，怎么没有掉下来呢？顶端的时候，怎么没有掉下来呢？GvRGNN在最高点处对过山车受力分析：在最高点处对过山车受力分析：重力重力G G与压力与压力N N为过山车提供向心力为过山车提供向心力思考：当车速度为多少时，对轨道无挤思考：当车速度为多少时，对轨道无挤压？压？2021/8/11 星期三7v设汽车质量为设汽车质量为m m，以恒定，以恒定的速率的速率v v通过半径为通过半径为R R的拱的拱桥顶时。思考：此时汽车桥顶时。思考：此时汽车对桥的压力对桥的压力NRG由牛顿第三定律可知，汽车对桥的压力为由牛顿第三定律可知，汽车对桥的压力为那么当汽车的速度为多少时汽车对桥的压力为零呢？那么当汽车的速度为多少时汽车对桥的压力为零呢？则：则：汽车受力如图所示，重力汽车受力如图所示，重力G G与支持力与支持力N N为汽车提供过拱桥为汽车提供过拱桥的向心力的向心力汽车过桥汽车过桥2021/8/11 星期三8NG从上面的研究可以看出来，哪一种圆桥能够减小汽车对桥从上面的研究可以看出来，哪一种圆桥能够减小汽车对桥面的压力呢？面的压力呢？若是凹形圆桥面汽车对桥的压力等于多少？若是凹形圆桥面汽车对桥的压力等于多少？2021/8/11 星期三9例题：一汽车通过拱形桥顶点时的速度为例题：一汽车通过拱形桥顶点时的速度为10m/s10m/s，车对桥，车对桥顶的压力为车重的顶的压力为车重的3/43/4，如果要使汽车在桥顶对桥面没有，如果要使汽车在桥顶对桥面没有压力，车速至少为压力，车速至少为()()A.15m/s B.20m/s A.15m/s B.20m/s C.25m/s D.30m/sC.25m/s D.30m/sB B解析：解析：当当v=v=时，对车受力分析如图所示时，对车受力分析如图所示NG解得：解得：R=40mR=40m当汽车对顶部恰好没有压力时，重力提供汽车做圆周运动当汽车对顶部恰好没有压力时，重力提供汽车做圆周运动的向心力的向心力解得：解得：v v1 1=2021/8/11 星期三10练习练习：汽：汽车车以半径以半径r=100mr=100m转转弯，汽弯，汽车质车质量量为为m=810m=8103 3kg kg，路面路面宽宽L=7mL=7m，外沿比内沿高，外沿比内沿高h=70cmh=70cm，如果汽，如果汽车转车转弯弯时时的向的向心力只由重力和地面心力只由重力和地面对对汽汽车车的支持力提供，那么汽的支持力提供，那么汽车车的速的速度度应为应为多大？多大？2021/8/11 星期三111.1.在水平面上转弯的汽车，提供向心力的是在水平面上转弯的汽车，提供向心力的是()()A.A.重力和支持力的合力重力和支持力的合力 B.B.静摩擦力静摩擦力C.C.滑动摩擦力滑动摩擦力 D.D.重力、支持力和牵引力的合力重力、支持力和牵引力的合力B B2021/8/11 星期三122.2.铁铁路路转转弯弯处处的弯道半径的弯道半径r r是根据地形决定的，弯道是根据地形决定的，弯道处处要要求外求外轨轨比内比内轨轨高，其内外高，其内外轨轨高度差高度差h h的的设计设计不不仅仅与与r r有关，有关，还还与火与火车车在弯在弯道上的行驶速率道上的行驶速率v v有关有关.下列说法正确的是下列说法正确的是（）A.vA.v一定一定时时，r r越小越小则则要求要求h h越大越大B.vB.v一定一定时时，r r越大越大则则要求要求h h越大越大C.rC.r一定一定时时，v v越小越小则则要求要求h h越大越大D.rD.r一定一定时时，v v越大越大则则要求要求h h越大越大ADAD2021/8/11 星期三133.3.在世界在世界一一级级方程式方程式锦标赛锦标赛中，中，赛车赛车在水平路面上在水平路面上转转弯弯时时，常常常常在弯道上冲出跑道，其原因是（在弯道上冲出跑道，其原因是（）A.A.是由于赛车行驶到弯道时，运动员未能及时转动方向盘造成是由于赛车行驶到弯道时，运动员未能及时转动方向盘造成的的B.B.是由于赛车行驶到弯道时，没有及时加速造成的是由于赛车行驶到弯道时，没有及时加速造成的C.C.是由于赛车行驶到弯道时，没有及时减速造成的是由于赛车行驶到弯道时，没有及时减速造成的D.D.是由于在弯道处汽车受到的摩擦力比在直道上小造成的是由于在弯道处汽车受到的摩擦力比在直道上小造成的【解析解析】选选C.C.由于路面材料及粗糙程度没变，所以直道弯道的由于路面材料及粗糙程度没变，所以直道弯道的摩擦应该是相同的，故摩擦应该是相同的，故D D错错.对汽车受力分析可知真正使车转弯对汽车受力分析可知真正使车转弯的应该是地面给车的静摩擦力，之所以滑出是由于车速过高需的应该是地面给车的静摩擦力，之所以滑出是由于车速过高需要的向心力大于最大静摩擦力，此时即使转动方向盘也没用，要的向心力大于最大静摩擦力，此时即使转动方向盘也没用，所以所以A A、B B错，只有错，只有C C对对.C C2021/8/11 星期三144.4.质质量量为为m m的的小小球球，用用长长为为l的的线线悬悬挂挂在在O O点点，在在O O点点正正下下方方处处有有一一光光滑滑的的钉钉子子OO，把把小小球球拉拉到到右右侧侧某某一一位位置置释释放放，当当小小球球第第一一次通过最低点次通过最低点P P时（时（）A A、小球速率突然减小、小球速率突然减小B B、小球角速度突然增大、小球角速度突然增大C C、小球的向心加速度突然增大、小球的向心加速度突然增大 D D、摆线上的张力突然增大、摆线上的张力突然增大o oP Pm moo 解：选解：选B B、C C、D.D.碰钉前后绳的拉力垂直速度方向，碰钉前后绳的拉力垂直速度方向，不做功所以速度大小不变。不做功所以速度大小不变。碰钉前后，半径碰钉前后，半径L L变小，变小，a a增大，拉力增大，增大，拉力增大，角速度增大角速度增大最低点处由牛顿第二定律得最低点处由牛顿第二定律得:T-mg=ma=mv T-mg=ma=mv 2 2/L/L又又v=Lv=L2021/8/11 星期三15提示：提示：过山车过山车与机械能守恒定律相与机械能守恒定律相结合结合h=?h=?R RA AB BC Co omgmgv vC Cv vB B=?=?5.5.如图是过山车的物理模型，若过如图是过山车的物理模型，若过山车从山车从A A点自由滑下，忽略一切阻点自由滑下，忽略一切阻力，已知力，已知h h、m m、R R，问：恰好通过，问：恰好通过圆周最高点圆周最高点C C时，轨道在时，轨道在B B、C C点处点处对过山车的压力差？对过山车的压力差？2021/8/11 星期三16解解:恰好通过最高点恰好通过最高点N=0N=0由牛顿第二定律得由牛顿第二定律得:mg=mv:mg=mvC C2 2/R/R从从A A到到C C过程由机械能守恒得过程由机械能守恒得:mgH=mvmgH=mvB B2 2/2=mg(2R)+mv/2=mg(2R)+mvC C2 2/2/2解得解得H=5R/2H=5R/2v vB B=5gR=5gR 在在B B点点:N:NB B-mg=mv-mg=mvB B2 2/R/R在在C C点点:N:NC C+mg=mv+mg=mvC C2 2/R/R从从B B到到C C过程过程:mv:mvB B2 2/2=mg(2R)+mv/2=mg(2R)+mvC C2 2/2/2解得解得N NB B-N-NC C=6mg=6mg2021/8/11 星期三17匀速圆周运动的实例分析匀速圆周运动的实例分析1.1.汽车、火车转弯汽车、火车转弯受力特点：由于外侧高于内侧，重力和支持力的合力受力特点：由于外侧高于内侧，重力和支持力的合力提供向心力提供向心力F=mg F=mg tan=tan=m m R Rv v2 2v=gR tanv=gR tan转弯限速取决于拐弯半径和斜面倾角转弯限速取决于拐弯半径和斜面倾角2021/8/11 星期三182.2.汽车过拱桥汽车过拱桥重力重力G G与支持力与支持力N N为汽车提供过拱桥的向心力为汽车提供过拱桥的向心力则：则：若是凹形圆桥面若是凹形圆桥面若是凸形圆桥面若是凸形圆桥面则：则：2021/8/11 星期三19