高中物理生活中的圆周运动精选文档.ppt

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1、高中物理课件 生活中的圆周运动本讲稿第一页，共五十页本讲稿第二页，共五十页本讲稿第三页，共五十页1.了解圆周运动在日常生活中的实际应用。了解圆周运动在日常生活中的实际应用。2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。3掌握处理圆周运动综合题目的基本方法。掌握处理圆周运动综合题目的基本方法。4知道什么是离心现象，知道离心运动的知道什么是离心现象，知道离心运动的 应用和防止。应用和防止。本讲稿第四页，共五十页本讲稿第五页，共五十页读教材读教材填要点填要点 1铁路的弯道铁路的弯道 (1)火车车轮的结构特点：火车车轮的结构特点：火车的车轮有凸出的轮缘，且火车在轨火车的车轮有凸出的

2、轮缘，且火车在轨道上运行时，有凸出轮缘的一边在两轨道内道上运行时，有凸出轮缘的一边在两轨道内侧，这种结构特点有助于固定火车运动的轨侧，这种结构特点有助于固定火车运动的轨迹，如图迹，如图571所示。所示。图图5 57 71 1本讲稿第六页，共五十页 (2)火车转弯时存在的问题：火车转弯时存在的问题：如果铁路弯道的内外轨一样高，外侧车如果铁路弯道的内外轨一样高，外侧车轮的轮缘挤压外轨，使外轨发生弹性形变，轮的轮缘挤压外轨，使外轨发生弹性形变，外轨对轮缘的弹力就是火车转弯的向心力，外轨对轮缘的弹力就是火车转弯的向心力，如图如图572所示。但火车所示。但火车 太大，靠这太大，靠这种办法得到向心力，轮缘

3、与外轨间的种办法得到向心力，轮缘与外轨间的 太大，铁轨太大，铁轨和车轮极易受损。和车轮极易受损。图图5 57 72 2质量质量相互作用力相互作用力本讲稿第七页，共五十页 (3)铁路弯道的特点：铁路弯道的特点：转弯处转弯处 略高于略高于 。铁轨对火车的支持力铁轨对火车的支持力FN不是竖直向上的，而是斜向弯不是竖直向上的，而是斜向弯道道 。铁轨对火车的支持力与火车所受重力的合力指向轨铁轨对火车的支持力与火车所受重力的合力指向轨道的道的 ，它提供了火车做圆周运动的，它提供了火车做圆周运动的 。外轨外轨内轨内轨内侧内侧圆心圆心向心力向心力本讲稿第八页，共五十页2拱形桥拱形桥(1)关于汽车过拱形桥问题，

4、用图表概括如下：关于汽车过拱形桥问题，用图表概括如下：mgFNFNmg本讲稿第九页，共五十页减小减小增大增大 (2)汽车在凸形桥的最高点处于失重状态，在凹形桥的最低汽车在凸形桥的最高点处于失重状态，在凹形桥的最低点处于超重状态。点处于超重状态。本讲稿第十页，共五十页mgFN失重失重本讲稿第十一页，共五十页 (2)对失重现象的认识：对失重现象的认识：航天器内的任何物体都处于航天器内的任何物体都处于 状态，但并不是物体不受重力。状态，但并不是物体不受重力。正因为受到重力作用才使航天器连同其中的乘员环绕地球转动。正因为受到重力作用才使航天器连同其中的乘员环绕地球转动。4离心运动离心运动 (1)定义：

5、物体沿切线飞出或做的逐渐定义：物体沿切线飞出或做的逐渐 的运动。的运动。(2)原因：向心力突然消失或合外力不足以提供所需原因：向心力突然消失或合外力不足以提供所需 。(3)应用：洗衣机的脱水筒、离心制管技术。应用：洗衣机的脱水筒、离心制管技术。(4)危害：汽车转弯车速过大会造成事故；砂轮、飞轮转速过高时会破裂酿危害：汽车转弯车速过大会造成事故；砂轮、飞轮转速过高时会破裂酿成事故成事故完全失重完全失重远离圆心远离圆心向心力向心力本讲稿第十二页，共五十页试身手试身手夯基础夯基础1在水平铁路转弯处，往往使外轨略高于内轨，这是在水平铁路转弯处，往往使外轨略高于内轨，这是 为了为了()A减小火车轮子对外

6、轨的挤压减小火车轮子对外轨的挤压B减小火车轮子对内轨的挤压减小火车轮子对内轨的挤压C使火车车身倾斜，利用重力和支持力的合力提供转使火车车身倾斜，利用重力和支持力的合力提供转 弯所需的向心力弯所需的向心力D限制火车向外脱轨限制火车向外脱轨本讲稿第十三页，共五十页解析：解析：火车轨道建成外高内低，火车转弯时，轨道的支持力与火车的火车轨道建成外高内低，火车转弯时，轨道的支持力与火车的重力两者的合力指向弧形轨道的圆心。若合力大于火车转弯所需的向重力两者的合力指向弧形轨道的圆心。若合力大于火车转弯所需的向心力心力(火车速度较小时火车速度较小时)，则火车轮缘挤压内侧铁轨；若合力等于，则火车轮缘挤压内侧铁轨

7、；若合力等于所需向心力所需向心力(火车速度刚好等于规定速度时火车速度刚好等于规定速度时)，则火车不挤压铁，则火车不挤压铁轨；若合力小于所需向心力轨；若合力小于所需向心力(火车速度较大时火车速度较大时)，则火车挤压外侧，则火车挤压外侧铁轨。所以这种设计主要是为了减少对铁轨的挤压破坏，故铁轨。所以这种设计主要是为了减少对铁轨的挤压破坏，故A、B、C正确。正确。答案：答案：ABC 本讲稿第十四页，共五十页2下列哪些现象是为了防止物体产生离心运动下列哪些现象是为了防止物体产生离心运动()A汽车转弯时要限制速度汽车转弯时要限制速度B转速很高的砂轮半径不能做得太大转速很高的砂轮半径不能做得太大C在修筑铁路

8、时，转弯处内轨要低于外轨在修筑铁路时，转弯处内轨要低于外轨D离心水泵工作时离心水泵工作时答案：答案：ABC本讲稿第十五页，共五十页答案：答案：B本讲稿第十六页，共五十页4如图如图573所示，质量所示，质量m2.0104 kg的汽车以不变的的汽车以不变的速率先后驶过凹形桥面和凸形桥面，两桥面的圆弧半径均为速率先后驶过凹形桥面和凸形桥面，两桥面的圆弧半径均为20 m。如果桥面承受的压力不得超过如果桥面承受的压力不得超过3.0105 N，则：，则：(1)汽车允许的最大速率是多少？汽车允许的最大速率是多少？(2)若以所求速度行驶，汽车对桥面的最小压力是多少？若以所求速度行驶，汽车对桥面的最小压力是多少

9、？(g取取10 m/s2)图图5 57 73 3本讲稿第十七页，共五十页答案：答案：(1)10 m/s(2)105 N本讲稿第十八页，共五十页本讲稿第十九页，共五十页图图5 57 74 4本讲稿第二十页，共五十页 2明确圆周平面明确圆周平面 虽然外轨高于内轨，但整个外轨是等高的，整个内轨是等虽然外轨高于内轨，但整个外轨是等高的，整个内轨是等高的。因而火车在行驶的过程中，重心的高度不变，即火车重高的。因而火车在行驶的过程中，重心的高度不变，即火车重心的轨迹在同一水平面内。故火车的圆周平面是水平面，而不心的轨迹在同一水平面内。故火车的圆周平面是水平面，而不是斜面。火车的向心加速度和向心力均是沿水平

10、面而指向圆心。是斜面。火车的向心加速度和向心力均是沿水平面而指向圆心。本讲稿第二十一页，共五十页 3速度与轨道压力的关系速度与轨道压力的关系 (1)当火车行驶速度当火车行驶速度v等于规定速度等于规定速度v0时，所需向心力仅由重力和时，所需向心力仅由重力和支持力的合力提供，此时内外轨道对火车无挤压作用。支持力的合力提供，此时内外轨道对火车无挤压作用。(2)当火车行驶速度当火车行驶速度v与规定速度与规定速度v0不相等时，火车所需向心力不不相等时，火车所需向心力不再仅由重力和支持力的合力提供，此时内外轨道对火车轮缘有挤压作再仅由重力和支持力的合力提供，此时内外轨道对火车轮缘有挤压作用，具体情况如下：

11、用，具体情况如下：当火车行驶速度当火车行驶速度vv0时，外轨道对轮缘有侧压力。时，外轨道对轮缘有侧压力。当火车行驶速度当火车行驶速度vv0时，内轨道对轮缘有侧压力。时，内轨道对轮缘有侧压力。本讲稿第二十二页，共五十页 名师点睛名师点睛汽车、摩托车赛道拐弯处，高速公路转弯处设汽车、摩托车赛道拐弯处，高速公路转弯处设计成外高内低，也是尽量使车受到的重力和支持力的合力提供向计成外高内低，也是尽量使车受到的重力和支持力的合力提供向心力，以减小车轮受到地面施加的侧向挤压。心力，以减小车轮受到地面施加的侧向挤压。本讲稿第二十三页，共五十页 1有一列重为有一列重为100 t的火车，以的火车，以72 km/h

12、的速率匀速通过一个的速率匀速通过一个内外轨一样高的弯道，轨道半径为内外轨一样高的弯道，轨道半径为400 m。(g取取10 m/s2)(1)试计算铁轨受到的侧压力；试计算铁轨受到的侧压力；(2)若要使火车以此速率通过弯道，且使铁轨受到的侧压力为若要使火车以此速率通过弯道，且使铁轨受到的侧压力为零，我们可以适当倾斜路基，试计算路基倾斜角度零，我们可以适当倾斜路基，试计算路基倾斜角度的正切值。的正切值。本讲稿第二十四页，共五十页 思路点拨思路点拨解答本题时应注意以下两个方面：解答本题时应注意以下两个方面：(1)内外轨一样高时，外轨对轮缘的侧压力提供火车转内外轨一样高时，外轨对轮缘的侧压力提供火车转弯

13、的向心力。弯的向心力。(2)火车通过弯道所受侧向压力为零时，重力和铁轨对火火车通过弯道所受侧向压力为零时，重力和铁轨对火车的支持力的合力提供火车转弯的向心力。车的支持力的合力提供火车转弯的向心力。本讲稿第二十五页，共五十页答案答案(1)105 N(2)0.1本讲稿第二十六页，共五十页 解决此类问题时，首先要明确火车转弯做的是圆解决此类问题时，首先要明确火车转弯做的是圆周运动，其次要找准圆周运动的平面及圆心位置，理周运动，其次要找准圆周运动的平面及圆心位置，理解向心力的来源是物体所受的合外力。解向心力的来源是物体所受的合外力。本讲稿第二十七页，共五十页图图5 57 75 5本讲稿第二十八页，共五

14、十页名师点睛名师点睛 (1)在离心现象中并不存在离心力，是外力不足以提供其做圆周运动所在离心现象中并不存在离心力，是外力不足以提供其做圆周运动所需向心力而引起的，是惯性的一种表现形式。需向心力而引起的，是惯性的一种表现形式。(2)做离心运动的物体，并不是沿半径方向向外远离圆心。做离心运动的物体，并不是沿半径方向向外远离圆心。本讲稿第二十九页，共五十页 2下列关于离心现象的说法中正确的是下列关于离心现象的说法中正确的是()A当物体所受的离心力大于向心力时产生离心现象当物体所受的离心力大于向心力时产生离心现象 B做匀速圆周运动的物体，当它所受的一切力都消失时，做匀速圆周运动的物体，当它所受的一切力

15、都消失时，它将做背离圆心的圆周运动它将做背离圆心的圆周运动 C做匀速圆周运动的物体，当它所受的一切力都突然消失时，它将做匀速圆周运动的物体，当它所受的一切力都突然消失时，它将沿切线做直线运动沿切线做直线运动 D做匀速圆周运动的物体，当它所受的一切力都突然消失时，它将做匀速圆周运动的物体，当它所受的一切力都突然消失时，它将做曲线运动做曲线运动本讲稿第三十页，共五十页 思路点拨思路点拨解答本题时应注意以下两个方面：解答本题时应注意以下两个方面：(1)物体做离心运动的条件；物体做离心运动的条件；(2)做匀速圆周运动的物体，向心力突然消失时的运动方向。做匀速圆周运动的物体，向心力突然消失时的运动方向。

16、解析解析向心力是根据效果命名的，做匀速圆周运动的物体所需要的向向心力是根据效果命名的，做匀速圆周运动的物体所需要的向心力，是它所受的某个力或几个力的合力提供的，因此，它并不受向心力和离心力，是它所受的某个力或几个力的合力提供的，因此，它并不受向心力和离心力的作用。它之所以产生离心现象是由于心力的作用。它之所以产生离心现象是由于F合合F向向m2r，故，故A错。物体错。物体做匀速圆周运动时，若它所受到的力都突然消失，根据牛顿第一定律，它从这做匀速圆周运动时，若它所受到的力都突然消失，根据牛顿第一定律，它从这时起做匀速直线运动，故时起做匀速直线运动，故C正确，正确，B、D错。错。答案答案C本讲稿第三

17、十一页，共五十页(1)物体提供的力不足以提供向心力时做离心运动；物体提供的力不足以提供向心力时做离心运动；(2)离心后物体可以做直线运动，也可以做曲线运动。离心后物体可以做直线运动，也可以做曲线运动。本讲稿第三十二页，共五十页 物体在竖直平面内做圆周运动时，通常受弹力和重力两个力的物体在竖直平面内做圆周运动时，通常受弹力和重力两个力的作用，物体做变速圆周运动，我们只研究物体在最高点和最低点时作用，物体做变速圆周运动，我们只研究物体在最高点和最低点时的两种情形，具体情况又可分为以下两种：的两种情形，具体情况又可分为以下两种：本讲稿第三十三页，共五十页本讲稿第三十四页，共五十页本讲稿第三十五页，共

18、五十页 3如图如图576所示，质量为所示，质量为m的小球置的小球置于正方体的光滑盒子中，盒子的边长略大于球于正方体的光滑盒子中，盒子的边长略大于球的直径。某同学拿着该盒子在竖直平面内做半的直径。某同学拿着该盒子在竖直平面内做半径为径为R的匀速圆周运动，已知重力加速度为的匀速圆周运动，已知重力加速度为g，空气阻力不计，问：空气阻力不计，问：(1)要使盒子在最高点时盒子与小球之间恰好无作用力，要使盒子在最高点时盒子与小球之间恰好无作用力，则该盒子做匀速圆周运动的周期为多少？则该盒子做匀速圆周运动的周期为多少？图图5 57 76 6本讲稿第三十六页，共五十页思路点拨思路点拨解答本题时应注意以下两点：

19、解答本题时应注意以下两点：(1)小球沿半径方向的合力提供向心力。小球沿半径方向的合力提供向心力。(2)小球沿运动方向的加速度为零。小球沿运动方向的加速度为零。本讲稿第三十七页，共五十页本讲稿第三十八页，共五十页 设小球受盒子右侧面的作用力为设小球受盒子右侧面的作用力为F，受上侧面的作用力，受上侧面的作用力为为FN，根据牛顿运动定律知，根据牛顿运动定律知在水平方向上有在水平方向上有Fma4mg，在竖直方向上有在竖直方向上有FNmg0，即，即FNmg，F为正值，为正值，FN为负值，所以小球对盒子的右侧面和下侧面为负值，所以小球对盒子的右侧面和下侧面有作用力，大小分别为有作用力，大小分别为4mg和和

20、mg。本讲稿第三十九页，共五十页本讲稿第四十页，共五十页1(对应要点一对应要点一)铁路转弯处的弯道半径铁路转弯处的弯道半径r是由地形决定的。是由地形决定的。弯道处要求外轨比内轨高，其内外轨高度差弯道处要求外轨比内轨高，其内外轨高度差h的设计不仅与的设计不仅与r有关，有关，还与火车在弯道上的行驶速率还与火车在弯道上的行驶速率v有关。下列说法正确的是有关。下列说法正确的是 ()Av一定时，一定时，r越小，要求越小，要求h越大越大Bv一定时，一定时，r越大，要求越大，要求h越大越大Cr一定时，一定时，v越小，要求越小，要求h越大越大Dr一定时，一定时，v越大，要求越大，要求h越大越大本讲稿第四十一页

21、，共五十页答案：答案：AD本讲稿第四十二页，共五十页2(对应要点二对应要点二)下列有关洗衣机中脱水筒的脱水原理的说法下列有关洗衣机中脱水筒的脱水原理的说法正确的是正确的是()A水滴受离心力作用而背离圆心方向甩出水滴受离心力作用而背离圆心方向甩出B水滴受到向心力，由于惯性沿切线方向甩出水滴受到向心力，由于惯性沿切线方向甩出C水滴受到的离心力大于它受到的向心力，而沿切线方水滴受到的离心力大于它受到的向心力，而沿切线方 向甩出向甩出D水滴与衣服间的附着力小于它所需要的向心力，于是水滴与衣服间的附着力小于它所需要的向心力，于是 水滴沿切线方向甩出水滴沿切线方向甩出本讲稿第四十三页，共五十页解析：解析：

22、根据离心运动的特点知，水滴的离心现象是由于水滴根据离心运动的特点知，水滴的离心现象是由于水滴与衣服间的附着力小于水滴运动所需要的向心力，即提供与衣服间的附着力小于水滴运动所需要的向心力，即提供的向心力不足，所以水滴沿切线方向甩出，正确选项为的向心力不足，所以水滴沿切线方向甩出，正确选项为D。答案：答案：D本讲稿第四十四页，共五十页3(对应要点三对应要点三)乘坐如图乘坐如图577所示游乐园所示游乐园 的过山车时，质量为的过山车时，质量为m的人随车在竖直平的人随车在竖直平 面内沿圆周轨道运动，下列说法正确的是面内沿圆周轨道运动，下列说法正确的是 ()A车在最高点时人处于倒坐状态，全靠保险带拉住，车

23、在最高点时人处于倒坐状态，全靠保险带拉住，若没有保险带，人一定会掉下去若没有保险带，人一定会掉下去B人在最高点时对座位仍可能产生压力，但压力一定人在最高点时对座位仍可能产生压力，但压力一定 小于小于mgC人在最高点和最低点时的向心加速度大小相等人在最高点和最低点时的向心加速度大小相等D人在最低点时对座位的压力大于人在最低点时对座位的压力大于mg图图5 57 77 7本讲稿第四十五页，共五十页答案：答案：D本讲稿第四十六页，共五十页4(对应要点三对应要点三)如图如图578所示，细杆的一所示，细杆的一端与一小球相连，可绕过端与一小球相连，可绕过O点的水平轴自由点的水平轴自由转动。现给小球一初速度，使它做圆周运转动。现给小球一初速度，使它做圆周运动。图中动。图中a、b分别表示小球轨道的最低点和最高点，则杆对分别表示小球轨道的最低点和最高点，则杆对球的作用力可能是球的作用力可能是()Aa处为拉力，处为拉力，b处为拉力处为拉力Ba处为拉力，处为拉力，b处为推力处为推力Ca处为推力，处为推力，b处为拉力处为拉力Da处为推力，处为推力，b处为推力处为推力图图5 57 78 8本讲稿第四十七页，共五十页答案：答案：AB本讲稿第四十八页，共五十页本讲稿第四十九页，共五十页点击下图进入点击下图进入“课下作业综合提升课下作业综合提升”本讲稿第五十页，共五十页