5.5.1 圆周运动的应用（一）（备课件）-【上好课】2021-2022学年高一物理同步备课系列（沪科版2020 必修第二册）

第五章 曲线运动 5.5.1 圆周运动的应用（一） 沪科版（2020）高中物理必修第二册 主讲人：小k君 知识回顾 提供物体做圆周运动的力 做圆周运动的物体所需的力 从“供” “需”两方面研究生活中做圆周运动的物体 ，由物体受力情况决定 由物体的运动情况决定 = “供需”平衡 物体做匀速圆周运动 本节课 牛顿第二定律F=ma的应用 知识回顾 3 热身训练 在一水平放置的圆盘上面放有一劲度系数为k的弹簧，如图所示，弹簧的一端固定于轴O上，另一端挂一质量为m的物体A，物体与盘面间的动摩擦因数为μ。开始时弹簧未发生形变，长度为R，设最大静摩擦等于滑动摩擦，求：(1)盘的转速n0多大时，物体A开始滑动？(2)当转速达到2n0时，弹簧的伸长量Δx是多少？ 1、竖直平面内的圆周运动（第1课时） 2、水平面内的圆周运动（第2课时） 学习目标 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？ 赛车的转弯 滚筒洗衣机 新课引入 设质量为m的物体，沿半径为R的圆周做匀速圆周运动，线速度为v，运动中受到指向圆心的外力的合力为F，如图所示． 匀速圆周运动 (1)如果合外力F恰好等于向心力，即F＝F向心，物体将怎样运动？ (2)如果运动中合外力F突然消失，即F＝0， 物体将怎样运动？ 保持匀速直线 惯性 (3)假设运动中合外力F减小了，即F<F向心，以致它不足以提供做线速度为v、半径为R的圆周运动所需的向心力，你能推测出物体的运动轨迹吗？ 离心运动 知识点一：离心运动 O F合 = mω2r，物体做匀速圆周运动 F合＜mω2r ，物体做逐渐远离圆心的运动 F 合= 0 ，物体沿切线方向飞出远离圆心 1、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. 2、条件： 0 ≤F合＜mω2r 离心抛掷 离心脱水 离心分离 离心甩干 3、离心运动的应用 赛道设计 交通限速 4、离心运动的危害与防止 1、下列有关洗衣机脱水筒的脱水原理说法正确的是 ( 　　) A．水滴受离心力作用，而沿背离圆心的方向甩出 B．水滴受到向心力，由于惯性沿切线方向甩出 C．水滴受到的离心力大于它受到的向心力，从而沿切线 方向甩出 D．水滴与衣服间的附着力小于它所需的向心力，于是沿 切线方向甩出 D 错题精讲 2、在离心浇铸装置中，电动机带动两个支承轮同向转动，管状模型放在这两个轮上靠摩擦转动，如图所示，铁水注入之后，由于离心作用，铁水紧紧靠在模型的内壁上，从而可得到密实的铸件，浇铸时转速不能过低，否则，铁水会脱离模型内壁，产生次品．已知管状模型内壁半径R，则管状模型转动的最低角速度ω为 （ ） 【答案】A 新课引入 1．有些题目中有“刚好”、“恰好”、“正好”等字眼，明显表明题述的过程中存在着临界点． 2．若题目中有“取值范围”、“多长时间”、“多大距离”等词语，表明题述的过程中存在着“起止点”，而这些起止点往往就是临界点． 3．若题目中有“最大”、“最小”、“至多”、“至少”等字眼，表明题述的过程中存在着极值，这些极值点也往往是临界点． 知识点二 ：竖直平面内的圆周运动 1．在竖直平面内做圆周运动的物体，按运动到轨道最高点时的受力情况可分为两类：一是无支撑(如球与绳连接、沿内轨道运动的过山车等)，称为“绳(环)约束模型”，二是有支撑(如球与杆连接、在弯管内的运动等)，称为“杆(管)约束模型”． 2.两类模型比较   绳—球模型 杆—球模型 实例 如球与绳连接、沿内轨道运动的球等 如球与杆连接、球在内壁光滑的圆管内运动等 图示 最高点无支撑 最高点有支撑 最 高 点 受力特征 重力、弹力，弹力方向向下或等于零 重力、弹力，弹力方向向下、等于零或向上 受力示意图 力学特征 mg＋FN＝ mg±FN＝ 临界特征 FN＝0，vmin＝ 竖直向上的FN＝mg，v＝0 过最高 点条件 v≥0 速度和弹力关系讨论分析 1. 如图所示，杂技演员在表演“水流星”，用长为1.6 m轻绳的一端，系一个总质量为0.5 kg的盛水容器，以绳的另一端为圆心，在竖直平面内做圆周运动，若“水流星”通过最高点的速度为4 m/s，g取10 m/s2，则下列说法正确的是(　　) A．“水流星”通过最高点时，有水从容器中流出B．“水流星”通过最高点时，绳的张力及容器的底部受到的压力均为零C．“水流星”通过最高点时，处于完全失重状态，不受力的作用D．“水流星”通过最高点时，绳子的拉力大小为5 N 错题精讲