【高中物理】生活中的圆周运动（第二课时） 课件 高一下学期物理人教版（2019）必修第二册.pptx

6.4 6.4 生活中的圆周运动生活中的圆周运动（第二课时）（第二课时）【学习目标】【学习目标】1 1、会在具体问题中分析向心力的来源、会在具体问题中分析向心力的来源2 2、会应用、会应用牛顿运动定律解决圆周问题牛顿运动定律解决圆周问题3 3、会处理竖直面内、会处理竖直面内的圆周运动的圆周运动【教学重点难点】【教学重点难点】1 1、重点：会应用牛顿运动定律解决竖直面内的圆周运动重点：会应用牛顿运动定律解决竖直面内的圆周运动 2 2、难点：会在具体问题中分析向心力的来源难点：会在具体问题中分析向心力的来源旧知回顾1 1、描述圆周运动快慢的物理量有哪些？他们之间有何区别、描述圆周运动快慢的物理量有哪些？他们之间有何区别与联系？与联系？2 2、处理圆周运动的步骤是什么、处理圆周运动的步骤是什么？例例1 1、如图所示，水平转盘上放有质量为、如图所示，水平转盘上放有质量为m m的物体，当的物体，当物块到转轴的距离为物块到转轴的距离为r r时，连接物块和转轴的绳刚好被时，连接物块和转轴的绳刚好被拉直（绳上张力为零）。物体和转盘间的最大静摩擦拉直（绳上张力为零）。物体和转盘间的最大静摩擦力是其正压力的力是其正压力的 倍。求：倍。求：水平圆台模型ACAC圆锥摆模型1.1.特点：特点：小球在水平面内做匀速圆周运动，小球在水平面内做匀速圆周运动，向心加速度沿向心加速度沿 方向，它受到重力、方向，它受到重力、绳拉力和绳拉力和 力（不记摩擦）。力（不记摩擦）。2.2.动力学分析动力学分析 设细线长为设细线长为L L，锥面与竖直方向夹，锥面与竖直方向夹角为角为，根据牛顿第二定律得：，根据牛顿第二定律得：水平方向：水平方向：TsinTsin mm2 2 LsinLsin竖直方向竖直方向：TcosTcos mgmg解得解得T T 。3.3.临界条件：临界条件：当当0 0时，小球离开锥面，时，小球离开锥面，=0=0，得得T T 。例例3 3、光滑的圆锥体固定在水平面上不动，其轴线、光滑的圆锥体固定在水平面上不动，其轴线沿竖直方向，母线与轴线之间的夹角为沿竖直方向，母线与轴线之间的夹角为=37=37，在圆锥顶用长为在圆锥顶用长为L L=2m=2m的细线悬挂一质量为的细线悬挂一质量为m m=5kg=5kg的的小球，小球以角速度小球，小球以角速度绕圆锥体轴线在水平面内做绕圆锥体轴线在水平面内做匀速圆周运动（匀速圆周运动（g g=10m/s=10m/s2 2）(1)(1)当小球即将要离开锥面时小球的角速度是多大当小球即将要离开锥面时小球的角速度是多大？(2)(2)当当=2rad/s=2rad/s时，求细线对小球的拉力多大？时，求细线对小球的拉力多大？(1)2.5rad/s(1)2.5rad/s；(2)54.4N(2)54.4N轻绳模型例例4 4、如图所示，一质量为、如图所示，一质量为0.5kg0.5kg的小球，用的小球，用0.4m0.4m长长的细线拴住在竖直面内做圆周运动，求：的细线拴住在竖直面内做圆周运动，求：当小当小球运动到圆上最高点速度为球运动到圆上最高点速度为2 2m/sm/s时，此时细线的拉时，此时细线的拉力是多少？力是多少？当小球在圆上最高点速度为当小球在圆上最高点速度为4m/s4m/s时，时，细线的拉力是多少？细线的拉力是多少？要使小球运动到圆上最高点要使小球运动到圆上最高点时不脱离圆轨道，小球在最高点的速度至少多大？时不脱离圆轨道，小球在最高点的速度至少多大？取取g g=10m/s=10m/s2 2。例例5 5、如图所示，小球沿半径为、如图所示，小球沿半径为R R的光滑竖直固定圆环从的光滑竖直固定圆环从底端向上运动，若小球恰能到达最高点，已知重力加速底端向上运动，若小球恰能到达最高点，已知重力加速度为度为g,g,则小球在最高点的速度大小为（）则小球在最高点的速度大小为（）B B物理情景物理情景示意图示意图在最高点的临界在最高点的临界特征特征做完整圆周运动的条做完整圆周运动的条件件细绳拉着小细绳拉着小球在竖直平球在竖直平面内做圆周面内做圆周运动运动 小球在竖直小球在竖直放置的光滑放置的光滑圆环内侧做圆环内侧做圆周运动圆周运动 总结：轻绳模型轻杆模型例例6 6、如图所示，长、如图所示，长0.5m0.5m的轻质细杆，一端固定有一个的轻质细杆，一端固定有一个质量为质量为3kg3kg的小球，另一端由电动机带动，使杆绕的小球，另一端由电动机带动，使杆绕O O在在竖直平面内作匀速圆周运动。取竖直平面内作匀速圆周运动。取g=10m/sg=10m/s2 2，则：，则：小小球通过最低点时，速率为球通过最低点时，速率为2m/s2m/s，杆对小球的拉力为多，杆对小球的拉力为多大？方向向哪？大？方向向哪？小球通过最高点时，速度为零是否小球通过最高点时，速度为零是否会掉下来？会掉下来？小球在最高点处的速度为多大时杆对球小球在最高点处的速度为多大时杆对球的力为零？的力为零？小球通过最高点时，速率为小球通过最高点时，速率为2m/s2m/s，杆对，杆对小球的拉力为多大？方向向哪？小球的拉力为多大？方向向哪？BDBD物理情景物理情景示意图示意图在最高点在最高点的临界特的临界特征征做完整做完整圆周运圆周运动的条动的条件件受力情况受力情况小球固定在轻杆上，小球固定在轻杆上，在竖直平面内做圆在竖直平面内做圆周运动周运动 v v0 0 F F向向0 0 F FN Nmgmg在最高在最高点时速点时速度应大度应大于等于于等于0 0小球在竖直放置的小球在竖直放置的光滑管中做圆周运光滑管中做圆周运动动 v v0 0 F F向向0 0 F FN Nmgmg在最高在最高点时速点时速度应大度应大于等于于等于0 0总结：轻杆模型巩固练习1 1、如图所示，杂技演员在表演如图所示，杂技演员在表演“水流星水流星”，用长为，用长为1.6 m1.6 m轻绳的轻绳的一端，系一个总质量为一端，系一个总质量为0.5 kg0.5 kg的盛水容器，以绳的另一端为圆心，的盛水容器，以绳的另一端为圆心，在竖直平面内做圆周运动，若在竖直平面内做圆周运动，若“水流星水流星”通过最高点的速度为通过最高点的速度为4 4 m/sm/s，g g取取10 m/s10 m/s2 2，则下列说法正确的是，则下列说法正确的是 （）A A“水流星水流星”通过最高点时，有水从容器中流出通过最高点时，有水从容器中流出 B B“水流星水流星”通过最高点通过最高点时，绳的张力及容器的底部受到的压力均为零时，绳的张力及容器的底部受到的压力均为零 C C“水流星水流星”通通过最高点时处于完全失重状态，不受力的作用过最高点时处于完全失重状态，不受力的作用 D D“水流星水流星”通通过最高点时，绳子的拉力大小为过最高点时，绳子的拉力大小为5 N5 N2.2.如图所示，一轻杆一端固定质量为如图所示，一轻杆一端固定质量为m m的小球，以另一的小球，以另一端端O O为圆心，使小球在竖直平面内做半径为为圆心，使小球在竖直平面内做半径为R R的圆周运的圆周运动，小球运动到最高点时速度为动，小球运动到最高点时速度为v,v,以下说法正确的是以下说法正确的是（）（）3 3、如图甲，小球用不可伸长的轻绳连接绕定点、如图甲，小球用不可伸长的轻绳连接绕定点O O在竖直面内做圆周在竖直面内做圆周运动，小球经过最高点的速度大小为运动，小球经过最高点的速度大小为v v，此时绳子拉力大小为，此时绳子拉力大小为F FT T，拉，拉力力F FT T与速度的平方与速度的平方v v2 2的关系如图乙所示，图像中的数据的关系如图乙所示，图像中的数据a a和和b b以及重以及重力加速度力加速度g g都为已知量，以下说法正确的是都为已知量，以下说法正确的是()A.A.数据数据a a与小球的质量有关与小球的质量有关B.B.数据数据b b与与小球的质量无关小球的质量无关C.C.比值比值a(b)a(b)只与小球只与小球的质量有关，与圆周轨道半径无关的质量有关，与圆周轨道半径无关D.D.利用数据利用数据a a、b b和和g g能够求出小球的质能够求出小球的质量和圆周轨道半径量和圆周轨道半径4 4、如图所示，一光滑的半径为、如图所示，一光滑的半径为R R的半圆形轨道固定在水平面上，的半圆形轨道固定在水平面上，一个质量为一个质量为m m的小球以某一速度冲上轨道，当小球从轨道口的小球以某一速度冲上轨道，当小球从轨道口B B飞飞出后，小球落地点出后，小球落地点C C距距A A处的距离为处的距离为4R4R（ABAB为圆的直径，重力加为圆的直径，重力加速度为速度为g g），求：），求：（1 1）小球经过）小球经过B B点的速度大小；点的速度大小；（2 2）小球在）小球在B B点对轨道的压力大小。点对轨道的压力大小。5 5、有一种叫飞椅的游乐项目，示意图如图、有一种叫飞椅的游乐项目，示意图如图所示长为所示长为L L的钢绳一端系着座椅，另一端的钢绳一端系着座椅，另一端固定在半径为固定在半径为r r的水平转盘边缘转盘可绕的水平转盘边缘转盘可绕穿过其中心的竖直轴转动当转盘以角速穿过其中心的竖直轴转动当转盘以角速度度匀速转动时，钢绳与转动轴在同一竖匀速转动时，钢绳与转动轴在同一竖直平面内，与竖直方向的夹角为直平面内，与竖直方向的夹角为.不计钢不计钢绳的重力，求：绳的重力，求：(1)(1)转盘转动的角速度转盘转动的角速度与与夹角夹角的关系；的关系；(2)(2)此时钢绳的拉力多大？此时钢绳的拉力多大？