高中物理57生活中的圆周运动精讲优练课型课件新人教版必修2

高中物理57生活中的圆周运动精讲优练课型课件新人教版必修2内容摘要：

向心力，火车转弯平面是水平面。 火车受力如图所示， 由牛顿第二定律得 F=mgtanα=m ① 由于 α 很小，可以近似认为 tanα=sinα= ② 解①②式得 v=30m/s 答案： 30m/s 2vrhl【 补偿训练 】 在世界一级方程式锦标赛中，赛车在水平路面上转弯时，常常在弯道上冲出跑道，其原因是 ( ) ，运动员未能及时转动方向盘造成的 ，没有及时加速造成的 ，没有及时减速造成的 【 解析 】 选 C。 赛车在水平弯道上行驶时，摩擦力提供向心力，而且速度越大，需要的向心力越大，如不及时减速，当摩擦力不足以提供向心力时，赛车就会冲出跑道，故 C正确。 二、竖直平面内的圆周运动 思考探究： 小球分别在轻绳 (如图甲 )和轻杆 (如图乙 )的一端绕另一端在竖直平面内运动，请思考： (1)小球要在竖直平面内完成圆周运动，经过最高点时的最小速度能为零吗。 (2)小球经过最高点时，与绳 (或杆 )之间的作用力可以为零吗。 提示： (1)在轻绳作用下运动时小球经过最高点的速度不能为零，在轻杆作用下运动时可以为零，因为若在轻绳作用下到达最高点时速度为零，小球将在重力作用下下落，不可能做圆周运动。 (2)小球经过最高点时，与绳 (或杆 )之间的作用力可以为零，此时，由重力提供小球做圆周运动的向心力。 【 归纳总结 】 ：物体在竖直平面内做圆周运动时，受弹力和重力两个力的作用，物体做变速圆周运动。 ：小球运动到最低点时受杆或轨道向上的弹力和向下的重力作用，由这两个力的合力充当向心力， FNmg=。 2vmr：物体在最高点时的受力特点可分为以下两种： 模型 临界条件 最高点受力分析 细绳牵拉型的圆周运动 小球沿竖直光滑轨道内侧做圆周运动，如图所示 小球恰好过最高点：弹力(或拉力 )为零，重力充当向心力， mg=m ，可得：临界速度 v= v 时，绳或轨道对小球产生向下的拉力或压力 v= 时，绳或轨道对小球刚好不产生作用力 小球在细绳作用下在竖直平面内做圆周运动，如图所示 v 时，小球不能在竖直平面内做圆周运动，小球没有到达最高点就脱离了轨道 gR2vRgRgRgR模型 临界条件 最高点受力分析 轻杆支撑型的圆周运动 小球在竖直放置的光滑细管内做圆周运动，如图所示 (1)小球恰好过最高点：由于杆和管能对小球产生向上的支持力，故小球在竖直面内做圆周运动的临界条件是最高点的速度恰好为零。 (2)杆对球的弹力恰好为零：此时小球只受重力，重力充当向心力， mg=m ，可得：临界速度 v= v 时，杆或管的上侧产生向下的拉力或压力 v= 时，球在最高点只受重力，不受杆或管的作用力 小球被一轻杆拉着在竖直平面内做圆周运动，如图所示 0v 时，杆或管的下侧产生向上的支持力 gR2vRgRgRgR【 典例示范 】 长度为 OA绕 O点在竖直平面内做圆周运动， A端连着一个质量 m=2kg的小球。 求在下述的两种情况下，通过最高点时小球对杆的作用力的大小和方向 (g取 10m/s2)： (1)杆做匀速圆周运动的转速为。 (2)杆做匀速圆周运动的转速为。 【 解题探究 】 (1)在最高点，球的向心力由谁提供。 提示： 在最高点时，杆对球的弹力和球的重力的合力充当向心力。 (2)杆对球施加的力一定是拉力吗。 提示： 杆对球可能提供支持力，也可能提供拉力，由球的加速度决定。 【 正确解答 】 小球在最高点的受力如图所示： (1)杆的转速为 ， ω=2π n=4πrad/s 由牛顿第二定律得： F+mg=mLω 2 故小球所受杆的作用力 F=mLω 2mg=2 ( 42 π 210)N≈138N 即杆对小球提供了 138N的拉力 由牛顿第三定律知，小球对杆的拉力大小为 138N，方向竖直向上。 (2)杆的转速为 ， ω′=2π n′=πrad/s 同理可得小球所受杆的作用力 F=mLω′ 2mg=2 ( π 210)N≈ 10N。 力 F为负值表示它的方向与受力分析中所假设的方向相反，故小球对杆的压力大小为 10N，方向竖直向下。 答案： 见正确解答 【 过关训练 】 1.(拓展延伸 )若 【 典例示范 】 中其他条件不变，将轻杆换成轻绳， (1)当转速为 ，小球能否在竖直面内做圆周运动。 若能，求此时绳子。