高中物理 备课资料7《向心力》 新人教版必修1.docVIP

人教版高一物理必修1备课资料7《向心力》 1.火车转弯 如左下图所示，如果火车转弯处内外轨无高度差，火车行驶到此处时，由于火车惯性的缘故，会造成外轨内侧与火车外轮的轮缘相互挤压现象，使火车受到外轨内侧的侧压力作用,迫使火车转弯做圆周运动.但是这个侧压力的反作用力，作用在外轨上会对外轨产生极大的破坏作用，甚至会引起外轨变形，造成翻车事故. 其实火车转弯的向心力并不是侧压力提供的，那么是什么力作为向心力的呢？如右上图所示，在转弯处使外轨略高于内轨，火车驶过转弯处时，铁轨对火车的支持力FN的方向不再是竖直的，而是斜向弯道内侧，它与重力G的合力指向圆心，成为使火车转弯的向心力. 设内外轨间的距离为L，内外轨的高度差为h，火车转弯的半径为R，火车转弯的规定速度为v0.由右上图所示力的三角形得向心力为：F=mgtanα≈mgsinα= 由牛顿第二定律得：F=,所以： 即火车转弯的规定速度：v0=. 讨论:（1）当火车行驶速率v等于规定速度v0时，F=F向，内、外轨道对轮缘都没有侧压力.（2）当火车行驶速度v大于规定速度v0时，FF向，外轨道对轮缘有侧压力. （3）当火车行驶速度v小于规定速度v0时，FF向，内轨道对轮缘有侧压力. 2.竖直面内的圆周运动 例1 如左下图所示，是绳子牵引下的小球在竖直面内做圆周运动.如右下图所示，是在轨道约束下在竖直面内做圆周运动的小球，它们的共同特点是，在运动到最高点时均没有物体支承小球.下面讨论小球在竖直平面内做圆周运动通过最高点的情况： （1）临界条件:绳子和轨道对小球没有力的作用 根据牛顿第二定律得mg=,即v临界= 这个速度可理解为恰好转过或恰好转不过的速度. （2）能过最高点的条件：v≥v临界（当v≥v临界时,绳、轨道对球分别产生拉力、压力） （3）不能过最高点的条件：vv临界（实际上球还没有到最高点就脱离了轨道） 例2 如图（1）所示，是杆子约束下的小球在竖直面内做圆周运动，如图（2）所示，是在轨道约束下在竖直面内做圆周运动的小球，它们的共同特点是，在运动到最高点时均有物体支承小球.下面讨论小球在竖直平面内做圆周运动通过最高点的情况： （1） （2） （1）临界条件： v=0（支承物对物体的支持力等于mg）. （2）当v=，即=mg，如图所示（1）支承物对物体既没有拉力也没有支持力. 当v，即mg，如图（1）所示支承物对物体产生拉力,且拉力随v增大而增大.如图（2）所示，小球将脱离轨道做平抛运动，因为轨道不能对它产生拉力. 当v，即mg，如图（2）所示支承物对物体产生支持力，且支持力随v减小而增大，范围是0—mg.3.竖直面内圆周运动的临界条件 在竖直平面内的圆周运动，关键是最高点的受力情况的分析.若沿法线方向的合外力满足F合=时，则物体能通过最高点，即能在竖直平面做圆周运动.细绳和轻杆作用下的竖直平面内的圆周运动是常见的，在细绳作用下，小球在最高点的最小合外力是mg.所以，最高点的速度至少为.而细杆作用下，既可提供拉力，也可提供支持力，在最高点合外力可以为零，所以通过最高点的速度只需大于零. 高考学习网： 高考学习网：