高中物理必修优化设计五曲线运动节.ppt

,课前自主梳理,课堂互动探究,课时达标训练,高中物理必修优化设计五曲线运动节,一、向心力,阅读教材第,23,24,页,“,向心力,”,部分,，,知道向心力的概念,，,知道向心力的表达式,，,并会简单应用。,1.,定义,：做匀速圆周运动的物体产生向心加速度的原因是它受到了指向,_,的合力，这个力叫做向心力。,2.,方向,：始终沿着,_,指向,_,。,圆心,半径,圆心,3.,表达式,(1),F,n,_,。,(2),F,n,_,。,4.,效果力,：向心力是根据力的,_,来命名的，凡是产生向心加速度的力，不管属于哪种性质，都是向心力。,m,2,r,作用效果,思考判断,(1),匀速圆周运动是匀变速曲线运动。,(),(2),匀速圆周运动加速度恒定不变。,(),(3),做匀速圆周运动的物体所受合力大小保持不变。,(),(4),比较物体沿圆周运动的快慢看线速度,，,比较物体绕圆心转动的快慢看周期或角速度。,(),(5),随水平圆盘一起匀速转动的物体,A,受重力、支,持力和向心力作用。,(),(6),汽车转弯时速度过大就会向外发生侧滑,，,这是,汽车轮胎受沿转弯半径向内的静摩擦力不足以提供汽车转弯所需向心力的缘故。,(),二、变速圆周运动和一般的曲线运动,阅读教材第,24,页,“,变速圆周运动和一般的曲线运动,”,部分,，,知道变速圆周运动中合力的两个分力的作用,，,了解对一般曲线运动的处理方法。,1.,变速圆周运动的合力,：变速圆周运动的合力产生两个方向的效果。,(1),跟圆周相切的分力,F,t,：产生,_,加速度，此加速度改变线速度的,_,。,(2),指向圆心的分力,F,n,：产生,_,加速度，此加速度改变速度的,_,。,图,1,切向,大小,向心,方向,(1),定义：运动轨迹既不是,_,也不是,_,的曲线运动。,(2),处理方法：一般的曲线运动中，可以把曲线分割成许多很短的小段，质点在每小段的运动都可以看作圆周运动的一部分。,2.,一般的曲线运动的处理方法,直线,圆周,思维拓展,深圳欢乐谷,“,全球至尊弹射式过山车,”,堪称中国最大的过山车,，,轨道全长,887 m,，,垂直落差,67 m,，,乘坐过后给人一种,“,刺激、惊奇、爽快,”,的,感觉。,图,2,(,1),当过山车向下运动到如图,2,位置时,，,过山车所受合力的方向还指向圆心吗？,(2),对于一般的曲线运动,，,能否采用圆周运动的分析方法处理？,答案,(1),过山车在题图位置受重力和轨道的支持力，其合力方向并不指向圆心。,(2),可以。把物体运动的曲线分割成很短的小段，物体在每一小段上的运动都可看作是圆周运动的一部分，确定出每一部分的半径,r,，就可以根据向心力公式进行处理，如图。,要点归纳,对匀速圆周运动向心力的理解与应用,1.,向心力的特点,(1),方向：方向时刻在变化，始终指向圆心，与线速度的方向垂直。,2.,向心力的作用效果：,由于向心力的方向与物体运动方向始终垂直，故向心力不改变线速度的大小，只改变线速度的方向。,3.,向心力的来源,常见几个实例分析：,实例,向心力,示意图,用细线拴住的小球在竖直面内转动至最高点时,绳子的拉力和小球的重力的合力提供向心力，,F,向,F,T,G,用细线拴住小球在光滑水平面内做匀速圆周运动,线的拉力提供向心力，,F,向,F,T,物体随转盘做匀速圆周运动，且相对转盘静止,转盘对物体的静摩擦力提供向心力，,F,向,F,f,小球在细线作用下，在水平面内做圆周运动,小球的重力和细线的拉力的合力提供向心力，,F,向,F,合,木块随圆桶绕轴线做圆周运动,圆桶侧壁对木块的弹力提供向心力，,F,向,F,N,精典示例,例,1,关于向心力的说法正确的是,(,),A.,物体由于做圆周运动还受到一个向心力,B.,向心力可以是任何性质的力,C.,做匀速圆周运动的物体其向心力是恒力,D.,做圆周运动的物体所受各力的合力一定指向圆心,解析,力是改变物体运动状态的原因,，,因为有向心力物体才做圆周运动,，,而不是因为做圆周运动才产生向心力,，,也不能说物体还受一个向心力,，,故,A,错误；向心力是效果力,，,可以是任何一种性质的力,，故,B,正确；物体做匀速圆周运动的向心力方向永远指向圆心,，,其大小不变,，,方向时刻改变,，,故,C,错误；只有匀速圆周运动中,，,合外力提供向心力,，,而非匀速圆周运动中向心力并非物体所受的合外力,，,而是合外力指向圆心的分力提供向心力,，,故,D,错误。,答案,B,例,2,如图,3,所示，水平转盘上放有一质量为,m,的物体,(,可视为质点,),，连接物体和转轴的绳子长为,r,，物体与转盘间的最大静摩擦力是其压力的,倍，转盘的角速度由零逐渐增大，求：,图,3,针对训练,1,(2017,株洲高一检测,),如图,4,所示，有一质量为,m,1,的小球,A,与质量为,m,2,的物块,B,通过轻绳相连，轻绳穿过光滑水平板中央的小孔,O,。当小球,A,在水平板上绕,O,点做半径为,r,的圆周运动时，物块,B,刚好保持静止。求：,(1),轻绳的拉力；,(2),小球,A,运动的线速度大小。,图,4,要点归纳,变速圆周运动及一般曲线运动的处理方法,1.,匀速圆周运动与变速圆周运动的比较,匀速圆周运动,变速圆周运动,线速度特点,线速度的方向不断改变、大小不变,线速度的大小、方向都不断改变,加速度特点,只有向心加速度，方向指向圆心，不断改变，大小不变,既有向心加速度，又有切向加速度。其中向心加速度指向圆心，大小、方向都不断改变,受力,特点,合力方向一定指向圆心，充当向心力,合力可分解为与圆周相切的分力和指向圆心的分力，指向圆心的分力充当向心力,周期性,有,不一定有,性质,均是非匀变速曲线运动,公式,2.,用圆周运动规律处理一般曲线运动的思路,(1),化整为零：根据微分思想，将曲线运动划分为很多很短的小段。,(2),建理想模型：将曲线运动的某小段视为圆周运动，圆半径等于该小段曲线的曲率半径。,(3),问题求解：应用圆周运动规律求解一般曲线运动所给问题，此时向心力公式,F,m,m,2,r,仍然适用。,精典示例,例,3,一般的曲线运动可以分成很多小段，每小段都可以看成圆周运动的一部分，即把整条曲线用一系列不同半径的小圆弧来代替。如图,5,甲所示，曲线上,A,点的曲率圆定义为：通过,A,点和曲线上紧邻,A,点两侧的两点作一圆，在极限情况下，这个圆就叫作,A,点的曲率圆，其半径,叫作,A,点的曲率半径。现将一物体沿与水平面成,角的方向以速度,v,0,抛出，如图乙所示。则在其轨迹最高点,P,处的曲率半径是,(,),图,5,答案,C,针对训练,2,如图,6,，置于圆形水平转台边缘的小物块随转台加速转动，当转速达到某一数值时，物块恰好滑离转台开始做平抛运动。现测得转台半径,R,0.5 m,，离水平地面的高度,H,0.8 m,，物块平抛落地过程水平位移的大小,s,0.4 m,。设物块所受的最大静摩擦力等于滑动摩擦力，取重力加速度,g,10 m/s,2,。求：,图,6,(1),物块做平抛运动的初速度大小,v,0,；,(2),物块与转台间的动摩擦因数,。,答案,(1)1 m/s (2)0.2,1.,(,对向心力的理解,),(,2017,泰州高一检测,),关于做匀速圆周运动的物体所受的向心力，下列说法正确的是,(,),A.,物体除受其他的力外还要受到一个向心力的作用,B.,物体所受的合力提供向心力,C.,向心力是一个恒力,D.,向心力是根据性质命名的一种力,答案,B,2.,(,向心力的来源,),如图,7,所示，一圆盘可绕过圆盘的中心,O,且垂直于盘面的竖直轴转动，在圆盘上放一小木块,A,，它随圆盘一起运动,做匀速圆周运动，则关于木块,A,的受力，下列说法正确的是,(,),图,7,A.,木块,A,受重力、支持力和向心力,B.,木块,A,受重力、支持力和静摩擦力，摩擦力的方向与木块运动方向相反,C.,木块,A,受重力、支持力和静摩擦力，摩擦力的方向指向圆心,D.,木块,A,受重力、支持力和静摩擦力，摩擦力的方向与木块运动方向相同,解析,由于圆盘上的木块,A,在竖直方向上没有加速度,，,所以,，,它在竖直方向上受重力和支持力的作用而平衡。而木块在水平面内做匀速圆周运动,，,其所需向心力由静摩擦力提供,，,且静摩擦力的方向指向圆心,O,。,答案,C,3.,(,向心力的分析,),如图,8,所示，天车下吊着两个质量都是,m,的工件,A,和,B,，系,A,的吊绳较短，系,B,的吊绳较长。若天车运动到,P,处突然停止，则两吊绳所受的拉力,F,A,和,F,B,的大小关系为,(,),图,8,A.,F,A,F,B,B.,F,A,F,B,C.,F,A,F,B,mg,D.,F,A,F,B,mg,答案,A,4.,(,圆锥摆问题,),当圆锥摆的摆长,L,一定时，圆锥摆运动的周期,T,与摆线和竖直线之间夹角,的关系是,(,),图,9,A.,角,越小，周期,T,越长,B.,角,越小，周期,T,越短,C.,周期,T,的长短与角,的大小无关,D.,条件不足，无法确定,答案,A,5.,(,圆周运动的图象问题,),(2017,徐州高一检测,),链球运动员在将链球抛掷出去之前，总要双手抓住链条，加速转动几圈，如图,10,所示，这样可以使链球的速度尽量增大，抛出去后飞行更远，在运动员加速转动的过程中，能发现他手中与链球相连的链条与竖直方向的夹角,将随链球转速的增大而增大，则以下几个图象中能描述,与,的关系的是,(,),图,10,答案,D,