高中物理人教版 (2019)必修 第二册1 圆周运动精品课件ppt

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过山车为什么很安全的呢？
物体在竖直面内做的圆周运动是一种典型的变速曲线运动，该类运动常常会涉及临界问题，并伴有“最大”“最小”“刚好”等词语，常见模型有两种：轻绳小球模型和轻杆小球模型。
质点在细绳作用下在竖直面内做圆周运动
质点沿竖直光滑轨道内侧做圆周运动
绳(内轨道)施力特点：只能施加指向圆心的拉力(或压力)．最高点的动力学方程：
重力和拉力共同提供向心力
可见，此时绳的拉力最大，若小球通过最低点的速度过大细线可能被拉断。
注：桶不能对水提供向上的力，水将会洒出杯子。
4. 实例分析——水流星
小球放在一个内壁光滑的封闭管内，使其在竖直面内作圆周运动
轻杆上固定的小球使其在竖直面内作圆周运动
杆(管)施力特点：可拉、可压，可向上、可向下；最高点的动力学方程：
如图，由于杆和管在最高处能对小球产生向上的支持力，故小球恰能到达最高点的最小速度v＝0，此时小球受到的支持力FN＝mg.
2. 最高点的临界速度
3. 最高点的受力情况
小球通过最高点时，轨道对小球的弹力情况：1.v＞ ，杆或管的外侧对球产生向下的弹力，F随v增大而增大．2.v＝ ，球在最高点只受重力，不受杆或管的作用力，F＝0.3.0＜v＜ ，杆或管的内侧对球产生向上的弹力，F随v的增大而减小．
重力和杆的拉力(或环的支持力）的合力提供向心力
可见，此时杆的拉力(或环的支持力）最大。
4. 最低点的受力情况
【练习1】（2022浙江大学附属中学高一期中）如图所示，甲、乙、丙、丁是游乐场中比较常见的过山车，甲、乙两圈的轨道车在轨道的外侧做圆周运动，丙、丁两图的轨道车在轨道的内侧做圆周运动，两种过山车都有安全锁（由上、下、侧三个轮子组成把轨道车套在了轨道上，四个图中轨道的半径都为R，下列说法正确的是（　　）A．甲图中，当轨道车以一定的速度通过轨道最高点时，座椅一定给游客向上的力B．乙图中，当轨道车以一定的速度通过轨道最低点时，安全带一定给游客向上的力C．丙图中，当轨道车以一定的速度通过轨道最低点时，座椅给人的力一定小于重力D．丁图中，若轨道车过最高点的速度大于，安全带一定给游客向上的力
【练习2】（多选）如图所示，小球在竖直放置的光滑圆形管道内做圆周运动，内侧壁半径为R，小球半径为r，重力加速度为g。下列说法正确的是（　　）A．小球通过最高点时的最小速度B．小球通过最高点时的最小速度C．小球在水平线ab以下的管道中运动时，内侧管壁对小球一定有作用力D．小球在水平线ab以下的管道中运动时，外侧管壁对小球一定有作用力
【练习3】如图甲所示，用一轻质绳拴着一质量为m的小球，在竖直平面内做圆周运动（不计一切阻力），小球运动到最高点时绳对小球的拉力为FT，小球在最高点的速度大小为v，其FT-v2图像如图乙所示，则（　　）A．数据a与小球的质量无关B．当地的重力加速度为C．当v2＝c时，轻质绳的拉力大小为D．当v2＝2b时，小球受到的拉力与重力大小相等
【练习4】如图所示，一个固定在竖直平面上的光滑半圆形管道，管道里有一个直径略小于管道内径的小球，小球在管道内做圆周运动，从B点脱离后做平抛运动，经过0.3s后又恰好垂直与倾角为450的斜面相碰。已知半圆形管道的半径R=1m，小球可看作质点且其质量为m=1kg，g取10m/s2。则（　　）A．小球经过管道的B点时，受到下管道的作用力FNB的大小是1NB．小球经过管道的B点时，受到上管道的作用力FNB的大小是2NC．小球在斜面上的相碰点C与B点的水平距离是0.45mD．小球在斜面上的相碰点C与B点的竖直距离是0.9m
【练习5】小明同学站在水平地面上，手握不可伸长的轻绳一端，绳的另一端系有质量为m = 100g的小球（大小不计），甩动手腕，使球在竖直平面内做圆周运动。当球在某次运动到最低点时，绳怡好达到所能承受的最大拉力F而断掉，球飞行水平距离s后恰好无碰撤地落在邻近的一倾角为α = 53°的光滑固定斜面体上并沿斜面下滑。已知斜面体顶端与小球做圆周运动最低点的高度差h = 0.8m，绳长r = 0.3m，重力加速度g取10m/s2，sin53° = 0.8，cs53° = 0.6。求：（1）绳断时小球的速度大小v1和小球在圆周最低点与斜面体的水平距离s；（2）绳能承受的最大拉力F的大小。
【练习6】如图甲所示，长L=1m的轻杆的一端固定在水平转轴O上，另一端固定一质量m=0.5kg的小球，小球随轻杆绕转轴在竖直平面内做线速度v=2m/s的匀速圆周运动，重力加速度g取10m/s2，不计空气阻力。（1）小球运动到最高点时，求轻杆对小球的作用力F1；（2）小球运动到水平位置A时，求轻杆对小球的作用力大小F2；（3）若将轻杆换成轻绳，再将小球提至转轴正上方的B点，此时绳刚好伸直且无张力，然后将球以水平速度抛出，如图乙所示。求从抛出小球到绳再次伸直的时间t。