高中物理必修2 5-7《生活中的圆周运动》

生活中的圆周运动【教学目标】知识与技能1、知道向心力是物体沿半径方向的合外力。2、知道向心力、向心加速度的公式也适用于变速圆周运动。3、会在具体问题中分析向心力的来源。过程与方法培养学生的分析能力、综合能力和推理能力，明确解决实际问题的思路和方法情感态度与价值观通过对几个实例的分析，使学生明确具体问题必须具体分析【教学重点】1、掌握匀速圆周运动的向心力公式及与圆周运动有关的几个公式2、能用上述公式解决有关圆周运动的实例【教学难点】理解做匀速圆周运动的物体受到的向心力是由某几个力的合力提供的，而不是一种特殊的力。知识回顾1、物体做匀速圆周运动时，所受合力有何共同点？–物体所受的合力指向圆心，合力完全提供向心力，Fn=F合2、向心力的特点：–方向：–大小：22nnvFmammrr总是指向圆心圆周运动的实例火车转弯外轨外轮内轮内轨一、水平方向圆周运动（转弯问题）1、内外轨道一样高时：F向心力F由外侧轨道对外轮的轮缘压力提供2、当外轨略高于内轨时：F火车的向心力：由mg和FN的合力提供mgFN火车的力：竖直向下的重力mg垂直轨道面的支持力FN思考：此时是什么力提供向心力？缺点是什么？可以怎样处理？FNhFL如图所示，已知h,L,转弯半径R,车轮对内外轨都无压力,质量为m的火车运行的速率应该多大?火车拐弯应以规定速度行驶例1FF合向2vRmgtan=m/vgRhL研究与讨论3、当火车以规定的速度行驶时和以较快或较慢的速度转弯时向心力分别由谁提供？外侧内侧Fθ较快时：还受到外侧轨道对轮的弹力较慢时：还受到内侧轨道对轮的弹力4、若火车车轮无轮缘，火车速度过大或过小时将向哪侧运动？过大时：火车向外侧运动过小时：火车向内侧运动FNmg离心向心以规定速度时：竖直向下的重力mg垂直轨道面的支持力FN练习1火车以半径R=900m转弯，火车质量为8×105kg，速度为30m/s，火车轨距l=1.4m，要使火车通过弯道时仅受重力与轨道的支持力，轨道应该垫的高度h？（θ较小时tanθ=sinθ）FNmgFθhtanmgFsinlhRvmF2由力的关系得：由向心力公式得：由几何关系得：解：Rglvh2=0.14m二、竖直平面内的圆周运动汽车过拱桥例2、质量为m的汽车以恒定的速率v通过半径为r的拱桥，如图所示，求汽车在桥顶时对路面的压力是多大？解：汽车通过桥顶时，受力情况如图：hmgFNOr由牛顿第二定律：由牛顿第三定律：当汽车通过桥顶时的速度逐渐增大时FN和FN′会怎样变化？此时汽车是超重还是失重？fF练习2、如图，已知汽车的质量是5t,当汽车通过半径是50m的拱桥顶点的速度为10m/s时，车对桥顶的压力是多少？你见过凹形的桥吗？泸定桥例3、汽车以恒定的速率v通过半径为r的凹x形桥面，如图所示，求汽车在最低点时对桥面的压力是多大？解：汽车通过底部时，受力情况如图：hGFN由牛顿第二定律：当汽车通过桥底时的速度逐渐增大时FN和FN′会怎样变化？此时汽车是超重还是失重？由牛顿第三定律：Ff练习3、一个滑雪者连同他的滑雪板质量共70kg，他滑到凹形坡底时的速度是20m/s，坡底的圆弧半径是50m，试计算在坡底时雪地对滑雪板的支持力。（g取10m/s2）总结：F=rvm2提供物体做圆周运动沿半径方向的合力物体做圆周运动所需要的向心力当物体做匀速圆周运动时“供”“需”平衡研究圆周运动的要点从“供”“需”两方面来进行研究“供”——分析物体受力，求沿半径方向的合外力“需”——确定物体轨道，定圆心、找半径、用公式，求出所需向心力“供”“需”平衡做圆周运动三、航天器中的失重现象航天器中的物体的向心力由物体的重力mg和航天器的支撑力提供，即也就是1、v=时，=0，航天员（或物体）对航天器无压力，即航天员处于___________状态gRFNRvmFmgN2)(2RvgmFN完全失重2、任何关闭了发动机又不受阻力的飞行器的内部，都是一个的环境完全失重四、离心运动“供”“需”是否平衡决定物体做何种运动供提供物体做圆周运动的力需物体做匀速圆周运动所需的力F=rvm2匀速圆周运动Frvm2离心运动Frvm2向心运动离心运动的应用1：洗衣机（危险，切勿模仿）离心运动的应用2：离心沉淀器汽车转弯过快翻倒！思考：汽车在水平地面上转弯是什么力提供向心力的呢？汽车转弯OmgFNFf赛道的设计水流星练习4．杂技演员在做水流星表演时，用绳系着装有水的水桶，在竖直平面内做圆周运动，若水的质量m＝0．5kg，绳长l=60cm，求：(1)最高点水不流出的最小速率，(2)水在最高点速率v＝3m／s时，水对桶底的压力．思考：过山车为什么在最高点也不会掉下来？过山车