6.4生活中的圆周运动（2）-课件-2021-2022学年高一下学期物理人教版（2019）必修第二册

第六章 圆周运动 第 4 节 生活中的圆周运动② 离心运动 轻绳模型 轻杆模型 临界问题 课堂小结 — — Outline 大纲 洗衣机的滚筒高速旋转会将衣服上的水甩掉，从而达到甩干衣服的效果；赛车高速转弯时，可能会出现打滑甚至冲出赛道的危险。我们能否从圆周运动的角度解释其中的现象呢？ 问 题 探 究 赛车的转弯 滚筒洗衣机 做圆周运动的物体受力情况 回顾上节——水平面内的圆周运动和竖直面内的圆周运动。 O mg FN Ff O mg FN 提供向心力 受力分析 Ff FN+mg 思考 探究1 物体做离心运动的条件 做匀速圆周运动的物体受到的合力F=mꞷ2r刚好提供向心力。如果突然将F减为零，物体会怎样运动？为什么？如果0＜F＜mꞷ2r，物体会怎样运动？为什么？ 知 能 升 级 提供物体做 圆周运动的力 物体做圆周运动所需的力 牛顿第二定律F=ma的应用 由物体受力情况决定 由物体运动情况决定 F = “供需”平衡时物体做圆周运动 “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 Fn= 圆周运动 Fn< 离心运动 Fn> 向心运动 必备知识1 离心运动的条件 定义：做匀速圆周运动的物体，在所受合力突然消失，或者不足以提供圆周运动所需的向心力时，做逐渐远离圆心的运动，这种运动叫做离心运动。 条件：0 ≤F合＜mω2r 必 备 知 识 1 2 【例1】如图所示A，B，C三个物体（可视为质点）放在旋转圆台上，动摩擦因数均为μ（运动过程中最大静摩擦力等于滑动摩擦力），A质量是2m，B和C质量均为m，A、B离轴距离为R，C离轴距离为2R，当圆台旋转时，以下选项错误的是（　　） A．当圆台转速增大时，B比A先滑动 B．当圆台转速增大时，C比B先滑动 C．若A，B，C均未滑动，则C的向心加速度最大 D．若A，B，C均未滑动，则B的摩擦力最小 A 【解析】圆台转动时，摩擦力提供向心力，f=mω2r，当物体将要滑动时，f=mω2r=μmg， ，因此A、B同时滑动，C比B先滑动。向心加速度an=ω2r，因此C的向心加速度最大。f=mω2r，可知三个物体均未滑动时，B的摩擦力最小。 离心抛掷 离心脱水 离心分离 离心甩干 离心运动的应用 O F静 v 转速过高时，砂轮、飞轮内部分子间的相互作用力不足以提供所需向心力，离心运动会使它们破裂，酿成事故. O F v 当汽车转弯速度v较大时，所需要的向心力Fn也较大，一旦达到 Fn> Fmax，汽车将做离心运动，容易发生危险。 离心运动的危害 【例2】如图所示的四种情形中，防止离心现象的是（　　） A．甲图火车转弯时，不得超速通过 B．乙图民间艺人在制作棉花糖 C．丙图仪器通过高速旋转分离血液成分 D．丁图洗衣机甩干时内筒在高速旋转 A 【解析】A．火车转弯时，按规定速度通过是为了防止离心现象，故A正确；B．制作“棉花糖”的过程中，糖熔化后被甩出，做离心运动，是应用了离心现象，故B错误；C．通过高速旋转分离血液成分，是应用了离心现象，故C错误；D．洗衣机脱水利用了水在高速旋转，附着力小于向心力时做离心运动，是应用了离心现象，故D错误。故选A。 探究2 竖直面内圆周运动·轻绳模型 对于物体在竖直平面内做变速圆周运动的问题，中学阶段通常只研究物体通过最高点和最低点的情况。左图是轻绳拉住小球在竖直面内的的圆周运动的情形。当小球通过最高点时，其受力情况如何？如果速度较小，能否过最高点？ 知 能 升 级 ★ 轻绳模型 最高点 最低点： mg + FT = Fn G 当 时，FT = 0 当 时，Fn = FT+mg 当 时，掉下来 FT－mg = Fn = ，FT最大 FT G FT G FT G FT 光滑轨道 绳球模型 v ≥ 可过 必备知识2 轻绳模型的临界分析 小球通过最高点有一临界速度v0，超过该速度才能通过最高点。 绳球模型与单轨模型原理相同，最高点约束力向下。 必 备 知 识 1 2 小球速度较小时，可能会离开轨道做斜抛运动。 3 竖直面内圆周运动的临界分析 【例3】质量m=1kg的小球在长为L=0.5m的细绳作用下，恰能在竖直平面内做圆周运动，细绳能承