高中物理必修2向心力 常见圆周运动现象分析ppt.ppt

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1、第二节向心力()常见圆周运动现象分析2021/8/11 星期三1解解解解：（：（：（：（1 1 1 1）受力示意图如图所示。）受力示意图如图所示。）受力示意图如图所示。）受力示意图如图所示。（2 2 2 2）物体所需向心力由静摩擦力提供。物体所需向心力由静摩擦力提供。物体所需向心力由静摩擦力提供。物体所需向心力由静摩擦力提供。根据牛顿第二定律根据牛顿第二定律根据牛顿第二定律根据牛顿第二定律讨论：讨论：讨论：讨论：逐渐增大转动角速度逐渐增大转动角速度逐渐增大转动角速度逐渐增大转动角速度 会出现什么现象？为什么？会出现什么现象？为什么？会出现什么现象？为什么？会出现什么现象？为什么？GGN Nf

2、fr r【例【例【例【例1 1】如图所示是一个水平转盘的示意图，盘上距转轴为】如图所示是一个水平转盘的示意图，盘上距转轴为】如图所示是一个水平转盘的示意图，盘上距转轴为】如图所示是一个水平转盘的示意图，盘上距转轴为r r处，处，处，处，有一质量为有一质量为有一质量为有一质量为mm的小物体随盘做匀速圆周运动。的小物体随盘做匀速圆周运动。的小物体随盘做匀速圆周运动。的小物体随盘做匀速圆周运动。（1 1）若物体在）若物体在）若物体在）若物体在转盘上无滑动，请画出小物体的受力示意图。（转盘上无滑动，请画出小物体的受力示意图。（转盘上无滑动，请画出小物体的受力示意图。（转盘上无滑动，请画出小物体的受力示

3、意图。（2 2）若物体和）若物体和）若物体和）若物体和转盘之间的最大静摩擦力为转盘之间的最大静摩擦力为转盘之间的最大静摩擦力为转盘之间的最大静摩擦力为 f fmm，问圆盘转动的角速度不能超过，问圆盘转动的角速度不能超过，问圆盘转动的角速度不能超过，问圆盘转动的角速度不能超过多少物体才不会滑出？多少物体才不会滑出？多少物体才不会滑出？多少物体才不会滑出？解得解得解得解得1.1.随转盘转动的物体随转盘转动的物体2021/8/11 星期三22.2.汽车转弯问题汽车转弯问题水平路面水平路面转弯转弯 如果转弯时速度过大，所需向心力如果转弯时速度过大，所需向心力如果转弯时速度过大，所需向心力如果转弯时速度

4、过大，所需向心力F F就增大，当就增大，当就增大，当就增大，当 F F大于最大静摩擦力大于最大静摩擦力大于最大静摩擦力大于最大静摩擦力 f f maxmax时，汽车将做离心运动而造成时，汽车将做离心运动而造成时，汽车将做离心运动而造成时，汽车将做离心运动而造成交通事故。因此，在公路弯道处，车辆行驶不允许超交通事故。因此，在公路弯道处，车辆行驶不允许超交通事故。因此，在公路弯道处，车辆行驶不允许超交通事故。因此，在公路弯道处，车辆行驶不允许超过规定的速度。过规定的速度。过规定的速度。过规定的速度。【讨论】【讨论】【讨论】【讨论】为什么在公路弯道处，车辆为什么在公路弯道处，车辆为什么在公路弯道处，

5、车辆为什么在公路弯道处，车辆行驶不允许超过规定的速度行驶不允许超过规定的速度行驶不允许超过规定的速度行驶不允许超过规定的速度?汽车转弯时汽车转弯时汽车转弯时汽车转弯时所需所需所需所需向心力由静摩擦力向心力由静摩擦力 f f 提供提供2021/8/11 星期三3 车受重力车受重力车受重力车受重力mgmg及路面的弹力及路面的弹力及路面的弹力及路面的弹力N N的合力的合力的合力的合力F F水平并指向圆水平并指向圆水平并指向圆水平并指向圆周弯道的圆心，充当向心力，由图可知周弯道的圆心，充当向心力，由图可知周弯道的圆心，充当向心力，由图可知周弯道的圆心，充当向心力，由图可知:依据牛顿第二定律有依据牛顿第

6、二定律有依据牛顿第二定律有依据牛顿第二定律有 2.2.汽车转弯问题汽车转弯问题倾斜路面倾斜路面转弯转弯2021/8/11 星期三4GNF2021/8/11 星期三53.3.汽车过拱桥问题汽车过拱桥问题NGNG当当可见可见可见可见v v，NN，N=0（临界速度）（临界速度）支持力支持力支持力支持力N N和重力和重力和重力和重力GG的合力的合力的合力的合力 提供向心力提供向心力提供向心力提供向心力vv（超重）（超重）（失重）（失重）2021/8/11 星期三6 例题、质量为例题、质量为例题、质量为例题、质量为1.5101.5104 4kgkg的汽车的汽车的汽车的汽车,以不变的速率以不变的速率以不变

7、的速率以不变的速率,先后驶过凹形先后驶过凹形先后驶过凹形先后驶过凹形路面和凸形路面路面和凸形路面路面和凸形路面路面和凸形路面,路面的曲率半径为路面的曲率半径为路面的曲率半径为路面的曲率半径为15m,15m,如果路面所能承受的压力如果路面所能承受的压力如果路面所能承受的压力如果路面所能承受的压力不得超过不得超过不得超过不得超过2102105 5N,N,汽车允许的最大速率为多少汽车允许的最大速率为多少汽车允许的最大速率为多少汽车允许的最大速率为多少?汽车若以此速率经汽车若以此速率经汽车若以此速率经汽车若以此速率经过路面时过路面时过路面时过路面时,对路面的最小压力为多大对路面的最小压力为多大对路面的

8、最小压力为多大对路面的最小压力为多大?(g?(g取取取取10m/s10m/s2 2)解解解解:当汽车驶过凹形路面时，汽车受力如图，当汽车驶过凹形路面时，汽车受力如图，当汽车驶过凹形路面时，汽车受力如图，当汽车驶过凹形路面时，汽车受力如图，在垂直接触面：由重力和支持力的合力在垂直接触面：由重力和支持力的合力在垂直接触面：由重力和支持力的合力在垂直接触面：由重力和支持力的合力提供汽车做圆周运动的向心力，提供汽车做圆周运动的向心力，提供汽车做圆周运动的向心力，提供汽车做圆周运动的向心力，根据牛顿第二定律：根据牛顿第二定律：根据牛顿第二定律：根据牛顿第二定律：设汽车允许的最大速率为，设汽车允许的最大速

9、率为，设汽车允许的最大速率为，设汽车允许的最大速率为，当汽车对地面的压力为当汽车对地面的压力为当汽车对地面的压力为当汽车对地面的压力为10105 5N N时，速率最大：时，速率最大：时，速率最大：时，速率最大：NGv2021/8/11 星期三7当汽车以当汽车以当汽车以当汽车以V=7.1m/sV=7.1m/s的速度通过凸形路面时的速度通过凸形路面时的速度通过凸形路面时的速度通过凸形路面时,对地面的压力为对地面的压力为对地面的压力为对地面的压力为:NGv由由由由 根据牛顿第三定律根据牛顿第三定律根据牛顿第三定律根据牛顿第三定律,求出汽车对地面的压求出汽车对地面的压求出汽车对地面的压求出汽车对地面的

10、压力为力为力为力为1.01.010105 5N N2021/8/11 星期三84.4.荡秋千、过山车、荡秋千、过山车、水流星模型水流星模型最低点最低点重力重力重力重力GG和拉力和拉力和拉力和拉力T T的合力的合力的合力的合力F F 提供向心力提供向心力提供向心力提供向心力最高点最高点最高点最高点最小速度最小速度最小速度最小速度物体离开圆面做曲线运动物体离开圆面做曲线运动物体离开圆面做曲线运动物体离开圆面做曲线运动OOT TmgmgmgmgT Tv vv v2021/8/11 星期三9 例题：绳系着装有水的小木桶，在竖直平面内作圆周运动，水例题：绳系着装有水的小木桶，在竖直平面内作圆周运动，水例

11、题：绳系着装有水的小木桶，在竖直平面内作圆周运动，水例题：绳系着装有水的小木桶，在竖直平面内作圆周运动，水的质量的质量的质量的质量mm.5kg,.5kg,绳长绳长绳长绳长60cm60cm，求求求求（）（）（）（）.桶在最高点而使水不流出的最小速率桶在最高点而使水不流出的最小速率桶在最高点而使水不流出的最小速率桶在最高点而使水不流出的最小速率 （）（）（）（）.水在最高点速率水在最高点速率水在最高点速率水在最高点速率m/sm/s时，水对桶底的压力时，水对桶底的压力时，水对桶底的压力时，水对桶底的压力 解解解解:当小木桶在最高点时当小木桶在最高点时当小木桶在最高点时当小木桶在最高点时,水受重力、桶

12、底的压力，由它们的水受重力、桶底的压力，由它们的水受重力、桶底的压力，由它们的水受重力、桶底的压力，由它们的合力提供水做圆周运动的向心力，当木桶在最高点的速率最小，合力提供水做圆周运动的向心力，当木桶在最高点的速率最小，合力提供水做圆周运动的向心力，当木桶在最高点的速率最小，合力提供水做圆周运动的向心力，当木桶在最高点的速率最小，即向心力只由重力提供，所以：即向心力只由重力提供，所以：即向心力只由重力提供，所以：即向心力只由重力提供，所以：当水在最高点速率当水在最高点速率当水在最高点速率当水在最高点速率V=3m/sV=3m/s时，水对桶底的压力为时，水对桶底的压力为时，水对桶底的压力为时，水对

13、桶底的压力为N N，桶底对水的支持力为桶底对水的支持力为桶底对水的支持力为桶底对水的支持力为N N1 1 由牛顿第二定律：由牛顿第二定律：由牛顿第二定律：由牛顿第二定律：由牛顿第三定律可得到水对桶底的压力为由牛顿第三定律可得到水对桶底的压力为由牛顿第三定律可得到水对桶底的压力为由牛顿第三定律可得到水对桶底的压力为2.5N2.5NOON N1 1mgmgmgmgN N2 2v v1 1v v2 22021/8/11 星期三10例题、小球做例题、小球做圆锥摆圆锥摆时细绳长时细绳长L，与竖直方向，与竖直方向成成角，求小球做匀速圆周运动的角速度角，求小球做匀速圆周运动的角速度。小球受力：小球受力：竖直

14、向下的重力竖直向下的重力G沿绳方向的拉力沿绳方向的拉力T小球的向心力：小球的向心力：由由T和和G的合力提供的合力提供解：解：小球做圆周运动的半径小球做圆周运动的半径由牛顿第二定律：由牛顿第二定律：即：即：5.5.圆圆 锥锥 摆摆T TGGOOF Fl 2021/8/11 星期三11（1 1）明确对象。）明确对象。）明确对象。）明确对象。确定它在哪个平面内做圆周运动，找确定它在哪个平面内做圆周运动，找确定它在哪个平面内做圆周运动，找确定它在哪个平面内做圆周运动，找到圆心和半径到圆心和半径到圆心和半径到圆心和半径 r r。（2 2）受力分析。）受力分析。）受力分析。）受力分析。确定研究对象在某个位

15、置所处的状态，确定研究对象在某个位置所处的状态，确定研究对象在某个位置所处的状态，确定研究对象在某个位置所处的状态，进行受力分析，分析哪些力提供了向心力。进行受力分析，分析哪些力提供了向心力。进行受力分析，分析哪些力提供了向心力。进行受力分析，分析哪些力提供了向心力。（3 3）列方程。）列方程。）列方程。）列方程。取指向圆心方向为正方向，根据向心力取指向圆心方向为正方向，根据向心力取指向圆心方向为正方向，根据向心力取指向圆心方向为正方向，根据向心力公式列出方程。公式列出方程。公式列出方程。公式列出方程。注意：注意：注意：注意：对于匀速圆周运动，对于匀速圆周运动，对于匀速圆周运动，对于匀速圆周运

16、动，F F向向向向就是物体所受的合外力就是物体所受的合外力就是物体所受的合外力就是物体所受的合外力F F合合合合(4(4）解方程。）解方程。）解方程。）解方程。对结果进行必要的讨论。对结果进行必要的讨论。对结果进行必要的讨论。对结果进行必要的讨论。2021/8/11 星期三12离心现象及其应用离心现象及其应用离心现象及其应用离心现象及其应用离心抛掷离心抛掷离心抛掷离心抛掷离心脱水离心脱水离心脱水离心脱水离心分离离心分离离心分离离心分离离心甩干离心甩干离心甩干离心甩干2021/8/11 星期三13 例题例题例题例题:离心分离器是利用离心运动分离不同密度物质的一种仪器离心分离器是利用离心运动分离不

17、同密度物质的一种仪器离心分离器是利用离心运动分离不同密度物质的一种仪器离心分离器是利用离心运动分离不同密度物质的一种仪器,当它高速旋转时当它高速旋转时当它高速旋转时当它高速旋转时,密度较大的物质便会集中到容器的最外侧密度较大的物质便会集中到容器的最外侧密度较大的物质便会集中到容器的最外侧密度较大的物质便会集中到容器的最外侧.试解释试解释试解释试解释其中的道理其中的道理其中的道理其中的道理?答案答案答案答案:离心分离器工作时支架张开高速旋转离心分离器工作时支架张开高速旋转离心分离器工作时支架张开高速旋转离心分离器工作时支架张开高速旋转,试管内各种液体便按试管内各种液体便按试管内各种液体便按试管内各种液体便按密度大小而从外到里分层排列密度大小而从外到里分层排列密度大小而从外到里分层排列密度大小而从外到里分层排列.所以密度大的便会集中到试管底部所以密度大的便会集中到试管底部所以密度大的便会集中到试管底部所以密度大的便会集中到试管底部.讨论讨论讨论讨论:但快速搅动面盆里的水使它旋转起来之后但快速搅动面盆里的水使它旋转起来之后但快速搅动面盆里的水使它旋转起来之后但快速搅动面盆里的水使它旋转起来之后,处在水处在水处在水处在水中的沙砾却是向脸盆中心集中中的沙砾却是向脸盆中心集中中的沙砾却是向脸盆中心集中中的沙砾却是向脸盆中心集中,2021/8/11 星期三142021/8/11 星期三15