1. Conocimientos y habilidades
(1) Saber si una fuerza o la fuerza resultante de varias fuerzas causan. un objeto se mueve en una dirección. La función de la aceleración cardíaca es la fuerza centrípeta sobre un objeto en movimiento circular. Las fuentes de fuerza centrípeta se analizarán en problemas específicos.
(2) Ser capaz de comprender y aplicar las leyes del movimiento circular uniforme para analizar y abordar ejemplos concretos de la producción y la vida.
(3) Sabiendo que las fórmulas de la fuerza centrípeta y la aceleración centrípeta también son aplicables al movimiento circular de velocidad variable, podemos calcular la fuerza centrípeta y la aceleración centrípeta de un objeto en un punto especial en el movimiento circular de velocidad variable. .
2. Proceso y métodos
(1) A través del análisis de ejemplos de movimiento circular uniforme, penetrar en el punto de vista de combinar la teoría con la práctica para mejorar la capacidad de análisis y análisis de los estudiantes. resolver problemas.
(2) La ley del movimiento circular uniforme también se puede utilizar para el movimiento circular de velocidad variable, profundizando en la relación dialéctica entre particularidad y generalidad y mejorando la capacidad analítica de los estudiantes.
(3) A través del análisis de ejemplos de fenómenos centrífugos, los estudiantes pueden mejorar su capacidad para aplicar conocimientos de manera integral para resolver problemas.
3. Emociones, actitudes y valores
(1) A través del análisis de varios ejemplos, los estudiantes pueden dejar claro que problemas concretos deben analizarse de forma concreta, entender la relación entre la física y vivir, y aprender. Tratar los problemas de manera razonable y científica.
(2) Mediante la aplicación del ejercicio centrífugo y el análisis de ejemplos preventivos, los estudiantes pueden comprender que todo está dividido en dos y aprender a mirar los problemas desde la perspectiva de estar dividido en dos.
(3) Desarrollar buenos hábitos de pensamiento y valores científicos.
Puntos clave y dificultades en la enseñanza
Enfoque de la enseñanza: comprender que la fuerza centrípeta es una fuerza efectiva; puede descubrir quién proporciona la fuerza centrípeta en problemas específicos y resolver problemas relacionados mediante Combinando las leyes del movimiento de Newton.
Dificultades de enseñanza: la fuente de la fuerza centrípeta en problemas específicos; discusión y análisis de cuestiones clave; comprensión y procesamiento del movimiento circular de velocidad variable.
Herramientas de enseñanza
Escritura multimedia y en pizarra
Proceso de enseñanza
Introducción a la nueva lección
Movimiento circular en la vida Se puede ver en todas partes, como el giro de objetos en movimiento, el giro de automóviles, trenes, aviones, bicicletas y motocicletas. Siempre que prestes atención, las curvas de las autopistas y los coches de carreras están formadas por carreteras altas por fuera y bajas por dentro. ¿Sabes por qué las bicicletas y motos tienen que inclinarse al girar?
Primero, la curva del ferrocarril
1. Conocimientos básicos
(1) Las características de movimiento del tren en la curva
El tren Al desplazarse en curva, es un movimiento circular con aceleración centrípeta. Debido a su enorme masa, se requiere una gran fuerza centrípeta.
(2) El inconveniente de que los rieles interior y exterior tienen la misma altura en la esquina.
Si los rieles interior y exterior están a la misma altura en la esquina, entonces la fuerza centrípeta la proporciona la fuerza elástica del riel exterior contra la llanta, lo que puede dañar fácilmente los rieles y las ruedas.
(3) Características de las curvas ferroviarias
①En la esquina, el carril exterior es ligeramente más alto que el carril interior.
②La fuerza de apoyo de los carriles al tren no es vertical, sino inclinada hacia el interior de la curva.
(3) La fuerza combinada del soporte del riel para el tren y la gravedad sobre el tren apunta al centro de la vía, proporcionando la fuerza centrípeta cuando el tren circula a una velocidad específica.
Pensamiento y juicio
(1) El radio de la curva del tren es muy grande, por lo que la fuerza centrípeta requerida por la curva del tren es muy pequeña. )
(2) La fuerza centrípeta cuando el tren gira la proporciona la compresión entre el riel y la rueda. )
(3) Hay un límite de velocidad cuando el tren pasa por la curva. )
Pregunta por comunicación
Además de las características de las curvas de los trenes, ¿sabes qué vías tienen dichas características?
Se recomienda que algunas vías tengan las características de ser altas por fuera y bajas por dentro para aumentar la fuerza centrípeta de los vehículos en movimiento circular y con ello aumentar la velocidad de los vehículos. Por lo tanto, las curvas de algunas pistas de carreras deben ser altas por fuera y bajas por dentro, como curvas para coches, motos, carriles para bicicletas y autopistas.
Segundo, puente en arco
1. Conocimientos básicos
Pensamiento y juicio
(1) Cuando un vehículo viaja a una velocidad constante. velocidad en una carretera nivelada, la presión sobre el suelo es igual al peso del vehículo y es mayor que el peso del vehículo al acelerar. )
(2) Cuando un automóvil circula sobre un puente de arco, cuando la velocidad es baja, la presión sobre la plataforma del puente es mayor que el peso del automóvil; cuando la velocidad es alta, la presión sobre; el tablero del puente es menor que el peso del vehículo.
)
(3) Cuando un automóvil pasa por debajo del puente cóncavo, la presión sobre el puente debe ser mayor que el peso del automóvil. )
Pregunte a la comunicación
La tierra puede considerarse como un enorme puente de arco, y el radio del tablero del puente es igual al radio de la tierra. Discusión de prueba: Hay un coche corriendo por el suelo. ¿Cuál es la relación entre el apoyo en tierra y la velocidad del vehículo? ¿Cómo se siente el conductor?
Se recomienda considerar la fuerza de apoyo de la tierra basándose en el principio de un automóvil que pasa por un puente convexo
A medida que v aumenta, FN disminuye. Cuando...
En este momento, la presión entre el conductor y el asiento es cero. Se siente como si estuviera volando, por lo que el conductor se siente ingrávido.
En tercer lugar, ingravidez y efectos centrífugos en las naves espaciales
1 Conocimientos básicos
(1) Movimiento de las naves espaciales en órbita terrestre baja
(1) Para una nave espacial, en órbita terrestre baja, se puede considerar que la gravedad de la Tierra es igual a su gravedad, y la gravedad actúa como una fuerza centrípeta, y la relación satisfecha es la siguiente
( 2) Para los astronautas, la fuerza centrípeta la proporcionan la gravedad y el apoyo del asiento, y la relación es la siguiente
El astronauta se encuentra en un estado de total ingravidez y la presión sobre el asiento es cero. .
No hay presión entre ningún objeto en la nave espacial.
(2) Comprensión de la ingravidez.
Todo el interior de la nave espacial se encuentra en un estado de total ingravidez, pero eso no significa que los objetos no hayan escapado a la gravedad de la tierra. Precisamente por efecto de la gravedad terrestre, la nave espacial y su tripulación se mueven con un movimiento circular uniforme.
(3) Movimiento centrífugo
Definición: El objeto sale volando o se aleja del centro del círculo a lo largo de la línea tangente.
②Causa: La fuerza centrípeta desaparece repentinamente o la fuerza externa es insuficiente para proporcionar la fuerza centrípeta requerida.
Pensamiento y juicio
(1) Los astronautas y todos los objetos de la nave espacial que se mueven en movimiento circular uniforme alrededor de la Tierra se encuentran en un estado de total ingravidez. )
(2) Los objetos que se encuentran en un estado completamente ingrávido en la nave espacial no se ven afectados por la gravedad. )
(3) La fuerza resultante sobre los objetos en la nave espacial es cero cuando está completamente ingrávida. )
Solicite comunicación
Cuando gira el paraguas en un día lluvioso, encontrará gotas de agua volando a lo largo de la línea tangente del borde del paraguas (como se muestra en la imagen). . ¿Puedes decirme el motivo?
Se propone que las gotas de lluvia se muevan con la rotación del paraguas, pero la fuerza sobre las gotas de lluvia en la superficie del paraguas no es suficiente para proporcionar fuerza centrípeta para su movimiento circular. Las gotas de lluvia salen volando en forma tangencial. dirección debido a la inercia para mantener su velocidad original.
Cuarto, problema de giro del tren
Guía del problema
1. Cuando el tren gira, ¿el plano de la vía está horizontal?
2. ¿Cómo se proporciona la fuerza centrípeta cuando el tren gira?
3. Cuando el tren gira, ¿cambia la velocidad y la presión lateral sobre la vía?
1. Análisis de vía
Cuando un tren gira, su trayectoria es un arco. Debido a que la altura del centro de gravedad es constante durante el giro, el plano en el que se encuentra la vía del tren es un plano horizontal, no un plano inclinado. La aceleración centrípeta y la fuerza centrípeta del tren apuntan a lo largo del plano horizontal hacia el centro del círculo.
2. Análisis de la fuerza centrípeta
Como se muestra en la figura, cuando la velocidad del tren es la adecuada, el tren está sujeto a la gravedad y a la fuerza de apoyo, y la fuerza centrípeta requerida para el tren. girar es proporcionado completamente por la fuerza combinada de la gravedad y la fuerza de apoyo. La fuerza resultante se produce a lo largo de la dirección horizontal y su magnitud es F=mgtan? .
Es el radio de curvatura. es el ángulo entre el plano donde se ubica la vía y el plano horizontal, v0 es la velocidad especificada de la curva).
4. Análisis de presión de vía
(1) Cuando la velocidad de marcha del tren v es igual a la velocidad especificada v0, la fuerza centrípeta requerida solo la proporciona la fuerza combinada de la gravedad y elasticidad. No hay efecto de compresión.
(2) Cuando la velocidad del tren v no es igual a la velocidad prescrita v0, la fuerza centrípeta requerida por el tren ya no es proporcionada únicamente por la fuerza combinada de gravedad y elasticidad. En este momento, el riel interior y el riel exterior tienen un efecto de compresión sobre el borde del tren, como se muestra a continuación:
(1) Cuando la velocidad del tren v & gtv0, el riel exterior ejerce presión lateral sobre el borde.
②Cuando la velocidad del tren es v0, el riel interior tiene presión lateral sobre la llanta.
Advertencia de malentendido
En las esquinas de las vías de coches y motocicletas, las curvas de las autopistas están diseñadas para ser altas por fuera y bajas por dentro, lo que también está determinado por la fuerza combinada de La gravedad del automóvil y el soporte tanto como sea posible. Proporcionar fuerza centrípeta para reducir la fuerza de fricción estática lateral ejercida por el suelo sobre la rueda.
Ejemplo: Un tren que pesa 100 t pasa por una curva de la misma altura que los carriles interior y exterior a una velocidad de 72 km/h. El radio de la vía es de 400 m (g es 10 m/s2. ).
(1) Intente calcular la presión lateral del riel;
(2) Si el tren pasa por la curva a esta velocidad, la presión lateral sobre el riel es cero, Podemos inclinar la calzada adecuadamente e intentar calcular el ángulo de inclinación de la calzada. valor tangente.
Guía para el examen
En la pregunta (1), la presión lateral del carril exterior sobre la llanta proporciona la fuerza centrípeta necesaria para que el tren gire.
En la pregunta (2), la fuerza combinada de la gravedad y la fuerza de apoyo de los rieles en el tren proporcionan la fuerza centrípeta para que el tren gire.
Respuesta (1)105 N (2)0.1.
Resumen
Para resolver este tipo de problemas, primero debemos aclarar que el objeto se mueve en círculo al girar, luego averiguar el plano y centro del círculo en el que se encuentra el objeto. se mueve y comprende que la fuente de la fuerza centrípeta está en el objeto.
Verbo (abreviatura de verbo) movimiento circular en el plano vertical
Guía de preguntas
1 Con respecto al movimiento circular en el plano vertical, cuáles son los dos que se analizan generalmente. ¿Un modelo?
2. ¿Verdad? ¿Modelo de cuerda? ¿Cuáles son las condiciones críticas para que una partícula pase por el punto más alto?
3. ¿Verdad? ¿Modelo de varilla? ¿Cuáles son las condiciones críticas para que una partícula pase por el punto más alto?
1. Modelo de cuerda
La bola realiza un movimiento circular en el plano vertical bajo la acción de la cuerda, y la bola realiza un movimiento circular a lo largo del interior de la pista vertical lisa. Son ambos modelos de cuerda, como se muestra en la figura.
(1) Análisis de la fuerza centrípeta
① Cuando la bola alcanza su punto más alto, se ve afectada por la gravedad hacia abajo y la tensión de la cuerda hacia abajo (o fuerza elástica orbital). La fuerza resultante actúa como fuerza centrípeta.
② Cuando la bola alcanza el punto más bajo, se ve afectada por la gravedad hacia abajo y la tensión de la cuerda hacia arriba (o fuerza elástica orbital). La fuerza resultante de estas dos fuerzas actúa como una fuerza centrípeta.
(2) Estado crítico
Cuando la pelota acaba de pasar el punto más alto, debe cumplir los requisitos para jugar a la pelota.
Se puede obtener la velocidad crítica del movimiento circular de la esfera en el plano vertical
(3) Análisis de fuerza en el punto más alto
2 Modelo de varilla<. /p>
Una varilla ligera tira de la bola para realizar un movimiento circular en el plano vertical, y la pelota realiza un movimiento circular en un tubo vertical liso. Ambos son modelos de varilla, como se muestra en la figura.
(1) Análisis de la fuerza centrípeta
① Cuando la bola alcanza el punto más alto, se ve afectada por la fuerza elástica de la varilla (o pista) y la gravedad hacia abajo resultante. La fuerza de estas dos fuerzas actúa El efecto de la fuerza centrípeta. Si la fuerza elástica es hacia arriba:
② Cuando la bola alcanza el punto más bajo, se ve afectada por la fuerza elástica hacia arriba de la varilla (o pista) y la gravedad hacia abajo, la fuerza resultante de estas dos fuerzas. actúa como una fuerza centrípeta.
(2) Estado crítico
Debido a que la varilla y el tubo pueden sostener la bola hacia arriba, la condición crítica para que la bola haga un movimiento circular en el plano vertical es que la velocidad sea exactamente cero cuando alcanza el punto más alto.
(3) Análisis de fuerza en el punto más alto
Recordatorio especial
1 Ya sea un modelo de cuerda o de varilla, la bola se mueve en una dirección. movimiento circular con velocidad variable La fuerza neta ejercida sobre la pelota en dirección vertical actúa como una fuerza centrípeta tanto en el punto más alto como en el más bajo.
2. Las características de fuerza del modelo de cuerda y del modelo de varilla en el punto más bajo son las mismas. El modelo de varilla puede proporcionar soporte vertical en el punto más alto, pero el modelo de cuerda no.
Ejemplo: Una varilla pulida OA con una longitud de 0,5 m realiza un movimiento circular alrededor del punto O en el plano vertical. Una bola con masa m=2 kg está conectada al extremo A. Encuentre la magnitud y dirección de la fuerza sobre la varilla cuando la pelota pasa por el punto más alto en las dos situaciones siguientes (g es 10 m/s2).
(1) La velocidad de rotación de la varilla en movimiento circular uniforme es 2,0 r/s
(2) La velocidad de rotación de la varilla en movimiento circular uniforme es 0,5 r/s; s.
Guía de examen
(1) Cuando la pelota está en el punto más alto, hay dos posibilidades para la fuerza elástica de la varilla sobre la pelota: fuerza de apoyo y fuerza de tracción. .
(2) Cuando la bola está en el punto más alto, la velocidad de rotación de la varilla pasa a ser inelástica, para luego realizar un análisis determinante.
Respuesta
(1) La fuerza de tracción de la bola sobre la varilla es de 138 N y la dirección es vertical hacia arriba.
(2) La presión de la bola sobre la varilla es de 10 N y la dirección es vertical hacia abajo.
6. Movimiento centrífugo
Preguntas de orientación
1. ¿Cuál es la esencia del fenómeno centrífugo?
2. ¿Cuándo experimenta un objeto un movimiento centrífugo?
3. ¿Cuál es la diferencia entre movimiento excéntrico y movimiento proximal?
1. La esencia del movimiento centrífugo
La esencia del fenómeno centrífugo es la manifestación de la inercia de un objeto. Debido a la inercia, un objeto que se mueve en círculo siempre tiende a volar a lo largo de la línea tangente al círculo. La razón por la que no puede volar es porque se ve afectado por la fuerza centrípeta. En cierto sentido, el papel de la fuerza centrípeta es atraer continuamente un objeto hacia el círculo desde la dirección tangencial del movimiento circular.
2. Condiciones para el movimiento centrípeto
Cuando un objeto realiza un movimiento circular, la fuerza externa que proporciona la fuerza centrípeta desaparece repentinamente o la fuerza resultante no puede proporcionar suficiente fuerza centrípeta.
3. Juicio del movimiento excéntrico y el movimiento centrípeto
Como se muestra en la figura, si el movimiento circular de un objeto es centrífugo o casi centrípeto está determinado por la fuerza centrípeta real Fn. proporcionado y el requerido Determinado por la fuerza centrípeta.
La magnitud de la relación determina
A partir de un análisis más detallado de la relación anterior, se puede ver que si la velocidad de un objeto en movimiento circular permanece sin cambios, la fuerza centrípeta disminuye o la fuerza centrípeta permanece sin cambios y la velocidad aumenta, el objeto hace movimiento centrífugo si la velocidad permanece sin cambios y la fuerza centrípeta aumenta, o si la fuerza centrípeta permanece sin cambios y la velocidad disminuye, el objeto se moverá hacia el centro.
Advertencia de malentendido
1. ¿Un objeto no existe cuando se mueve centrífugamente? ¿Fuerza centrífuga? ,?Fuerza centrífuga? Algunos estudiantes ven la inercia como una fuerza.
2. El movimiento centrífugo no es un movimiento que se aleja del centro de un círculo en dirección radial.
Por ejemplo: como se muestra en la figura, el radio del círculo de la curva de la carretera R = 250 m, ¿cuál es el coeficiente de fricción dinámica entre los neumáticos del automóvil y la superficie de la carretera? =0.25 Si la superficie de la carretera está nivelada, ¿cuál es la velocidad máxima vm permitida para que un automóvil gire sin patinar (fenómeno centrífugo)? ¿Qué pasa si excede v? (g = 10 metros/segundo2)
Instrucciones del examen
(1) Identificar la fuente de la fuerza centrípeta.
(2) Comprender las causas del movimiento centrífugo.
Respuesta: Un automóvil que viaja a 90 km/h realiza un movimiento centrífugo o vuelca.
7. Ingravidez total en la nave espacial.
Ejemplo: Como se muestra en la figura, los astronautas se encuentran en un estado de total ingravidez en una estación espacial que se mueve con un movimiento circular uniforme alrededor de la Tierra. ¿Cuál de las siguientes afirmaciones es correcta? ()
A. Los astronautas todavía se ven afectados por la gravedad.
B. Equilibrio de fuerzas del astronauta
C. La gravedad sobre el astronauta es igual a la fuerza centrípeta requerida.
D. Los astronautas no se ven afectados por la gravedad
Respuesta e intercambio
1. La fuerza centrípeta del objeto en la nave espacial
La fuerza centrípeta está determinada por la gravedad g y la fuerza de apoyo FN de la nave espacial, es decir
2 cuando la velocidad de la nave espacial
en este momento. , los objetos dentro de la máquina de la nave espacial se encuentran en un estado de total ingravidez.
Cualquier avión que apague su motor sin resistencia es un entorno de total ingravidez.
Resumen de la ley: Características de los objetos en estado de total ingravidez
1. Todos los objetos tienen aceleración hacia abajo y la magnitud de la aceleración es g.
2. La presión del objeto sobre el soporte o la fuerza de tracción sobre la percha desaparece y los objetos ya no se aprietan entre sí.
3. El objeto todavía está bajo la influencia de la gravedad, lo que no significa que la gravedad haya desaparecido.
4. La velocidad de un objeto cambia constantemente. El objeto tiene aceleración y se encuentra en un estado de desequilibrio.