生活中的圓周運(yùn)動課件

1、第八節(jié) 生活中的圓周運(yùn)動,1,學(xué)習(xí)交流PPT,生活中的圓周運(yùn)動,2,學(xué)習(xí)交流PPT,F合,供需平衡 物體做勻速圓周運(yùn)動,向心力公式的理解,從供需兩方面研究做圓周運(yùn)動的物體,3,學(xué)習(xí)交流PPT,汽車在水平地面上轉(zhuǎn)彎是什么力提供向心力的呢?,實(shí)例研究汽車轉(zhuǎn)彎,4,學(xué)習(xí)交流PPT,汽車在水平路面上轉(zhuǎn)彎所需要的向心力來源:汽車側(cè)向所受的靜摩擦力。,當(dāng)汽車轉(zhuǎn)彎的半徑一定時(shí),汽車的速度v越大,所需的向心力也越大,靜摩擦力也越大,當(dāng)靜摩擦力為最大靜摩擦力時(shí):,5,學(xué)習(xí)交流PPT,某司機(jī)駕車在麗龍高速出口,通過水平轉(zhuǎn)盤時(shí)出了車禍。討論其原因,交通部門有責(zé)任么?如果你是公路的設(shè)計(jì)師,請?zhí)岢瞿愕牡缆犯倪M(jìn)措施?,轉(zhuǎn)

2、彎處的路面內(nèi)低外高!,G,Ff,FN,6,學(xué)習(xí)交流PPT,由此可見:當(dāng)汽車以沿圓盤轉(zhuǎn)彎時(shí),存在一個(gè)安全通過的最大速度,如果超過了這個(gè)速度,汽車將發(fā)生側(cè)滑現(xiàn)象。,改進(jìn)措施: (1)增大圓盤半徑 (2)增加路面的粗糙程度 (3)增加路面高度差外高內(nèi)低 (4)最重要的一點(diǎn):司機(jī)應(yīng)該減速慢行!,7,學(xué)習(xí)交流PPT,實(shí)例研究火車轉(zhuǎn)彎,火車以半徑R= 300m在水平軌道上轉(zhuǎn)彎,火車質(zhì)量為8105kg,速度為30m/s。鐵軌與輪之間的動摩擦因數(shù)=0.25。,設(shè)向心力由軌道指向圓心的靜摩擦力提供,代入數(shù)據(jù)可得:Ff=2.4106N,但軌道提供的靜摩擦力最大值: Ffmax=mg=1.96106N,供需不平衡,

3、如何解決?,8,學(xué)習(xí)交流PPT,最佳設(shè)計(jì)方案,火車以半徑R=900 m轉(zhuǎn)彎,火車質(zhì)量為8105kg ,速度為30m/s,火車軌距l(xiāng)=1.4 m,要使火車通過彎道時(shí)僅受重力與軌道的支持力,軌道應(yīng)該墊的高度h?(較小時(shí)tan=sin),由力的關(guān)系得:,由向心力公式得:,由幾何關(guān)系得:,解：,=0.14m,9,學(xué)習(xí)交流PPT,研究與討論,若火車速度與設(shè)計(jì)速度不同會怎樣?,外側(cè),內(nèi)側(cè),過大時(shí)： 外側(cè)軌道與輪之間有彈力,過小時(shí)： 內(nèi)側(cè)軌道與輪之間有彈力,需要輪緣提供額外的彈力滿足向心力的需求,若火車車輪無輪緣,火車速度過大或過小時(shí)將向哪側(cè)運(yùn)動?,過大時(shí):火車向外側(cè)運(yùn)動 過小時(shí):火車向內(nèi)側(cè)運(yùn)動,供需不平衡

4、,10,學(xué)習(xí)交流PPT,列車速度過快,造成翻車事故,11,學(xué)習(xí)交流PPT,1、汽車過拱橋 質(zhì)量為m 的汽車以恒定的速率v通過半徑為r的拱橋,如圖所示,求汽車在橋頂時(shí)對路面的壓力是多大?,實(shí)例研究汽車過橋,12,學(xué)習(xí)交流PPT,解:汽車通過橋頂時(shí),受力如圖:,O,r,由牛頓第二定律:,由牛頓第三定律:,當(dāng)汽車通過橋頂時(shí)的速度逐漸增大時(shí)FN 和 FN會怎樣變化?,失重,13,學(xué)習(xí)交流PPT,地球可以看做一個(gè)巨大的拱形橋,橋面的半徑就是地球的半徑。會不會出現(xiàn)這樣的情況:速度大到一定程度時(shí),地面對車的支持力為零?這時(shí)駕駛員與座椅之間的壓力是多少,此時(shí):,第一宇宙速度,14,學(xué)習(xí)交流PPT,你見過凹形橋

5、嗎?,瀘定橋,15,學(xué)習(xí)交流PPT,拓展:質(zhì)量為m的汽車以恒定的速率v通過半徑為r的凹形橋面,如圖所示,求汽車在最低點(diǎn)時(shí)對橋面的壓力是多大?,解:汽車通過底部時(shí),受力如圖:,由牛頓第二定律:,當(dāng)汽車通過橋最低點(diǎn)時(shí)的速度逐漸增大時(shí) FN和FN怎樣變化?,由牛頓第三定律：,超重,16,學(xué)習(xí)交流PPT,比較三種橋面受力的情況,G,FN,G,G,FN,FN,17,學(xué)習(xí)交流PPT,飛車走壁,摩托車飛車走壁,請分析受力情況,解釋現(xiàn)象。,18,學(xué)習(xí)交流PPT,思考:過山車為什么在最高點(diǎn)也不會掉下來?,過山車,19,學(xué)習(xí)交流PPT,討論,物做近心運(yùn)動, 繩和內(nèi)軌模型,理論研究,mg,FN,v,軌道提供支持力,

6、繩子提供拉力。,20,學(xué)習(xí)交流PPT,v, 桿兒和雙軌模型,能過最高點(diǎn)的臨界條件:,當(dāng)速度v 時(shí), 桿兒對小球是拉力; 當(dāng)速度v 時(shí), 桿兒對小球是支持力; 當(dāng)速度v = 時(shí), 桿兒對小球無作用力。,mg,FN,討論,FN=0,桿既可以提供拉力,也可以提供支持力。,FN,FN,21,學(xué)習(xí)交流PPT,重力、 繩的拉力,重力、桿的拉力或支持力,重力、外管壁的支持力或內(nèi)管壁的支持力,豎直平面內(nèi)的變速圓周運(yùn)動,22,學(xué)習(xí)交流PPT,練習(xí):用鋼管做成半徑為R=0.5m的光滑圓環(huán)(管徑遠(yuǎn)小于R)豎直放置,一小球(可看作質(zhì)點(diǎn),直徑略小于管徑)質(zhì)量為m=0.2kg在環(huán)內(nèi)做圓周運(yùn)動,求:小球通過最高點(diǎn)A時(shí),下列

7、兩種情況下球?qū)鼙诘淖饔昧Α?取g=10m/s2 A的速率為1.0m/s A的速率為4.0m/s,23,學(xué)習(xí)交流PPT,解：,先求出桿的彈力為0的速率v0,mg=mv02/l,v02=gl=5,v0=2.25 m/s,(1) v1=1m/s v0 球應(yīng)受到內(nèi)壁向上的支持力N1,受力如圖示:,mg-FN1=mv12/l,得: FN1 =1.6 N,(2) v2=4m/s v0 球應(yīng)受到外壁向下的支持力N2 如圖所示:,則 mg+ FN2 =mv22/l,得 FN2 =4.4 N,由牛頓第三定律,球?qū)鼙诘淖饔昧Ψ謩e為:(1)對內(nèi)壁1.6N向下的壓力;(2)對外壁4.4N向上的壓力。,24,學(xué)習(xí)交

8、流PPT,如圖所示,質(zhì)量為M的電動機(jī)始終靜止于地面,其飛輪上固定一質(zhì)量為m的物體,物體距輪軸為r,為使電動機(jī)不至于離開地面,其飛輪轉(zhuǎn)動的角速度應(yīng)如何?,解:當(dāng)小物體轉(zhuǎn)到最高點(diǎn)時(shí),對底座,受到重力Mg和物體對底座的拉力T,為使電動機(jī)不至于離開地面,必須 TMg;對物體,受到重力mg和底座對物體的拉力T。,由圓周運(yùn)動規(guī)律有:mg+T = m2r,即 m2r(M+m)g,25,學(xué)習(xí)交流PPT,航天員在航天器中繞地球做勻速圓周運(yùn)動時(shí),航天只受地球引力,引力為他提供了繞地球做勻速圓周運(yùn)動所需的向心力F引=mv2/R,所以處于失重狀態(tài)。,實(shí)例研究失重現(xiàn)象,26,學(xué)習(xí)交流PPT,mg= mv2/R 由此可以

9、得出v=(Rg)1/2,27,學(xué)習(xí)交流PPT,當(dāng)時(shí),座艙對他的支持力FN=0,航天員處于完全失重狀態(tài)?,在繞地球做勻速圓周運(yùn)動的宇宙飛船中的宇航員,除了地球引力外,還可能受到飛船座艙對他的支持力FN。,其實(shí)對于任何一個(gè)按慣性飛行(只受重力作用)的飛行器或容器,其中的所有物體都處于完全失重狀態(tài)。,得,由,若在近軌道繞地球做勻速圓周運(yùn)動:,28,學(xué)習(xí)交流PPT,做勻速圓周運(yùn)動的物體,在一定條件下,做逐漸遠(yuǎn)離圓心的運(yùn)動,這種運(yùn)動叫離心運(yùn)動。,、觀察與思考,觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象回答下列問題,(1)木塊為什么會離開轉(zhuǎn)盤?,(2)什么叫做離心運(yùn)動?,原因：物所需的向心力隨著v的增大而增大,但提供向心力的合力為靜摩

10、擦力 Ff Ffmax,當(dāng)Ffmax 時(shí),產(chǎn)生離心現(xiàn)象。,實(shí)例研究離心現(xiàn)象,29,學(xué)習(xí)交流PPT,做勻速圓周運(yùn)動的物體,由于慣性總有沿切線方向飛去的傾向,在合外力突然消失或者不足以提供圓周運(yùn)動所需的向心力的情況下,做逐漸遠(yuǎn)離圓心的離心運(yùn)動;當(dāng)合外力大于物體做圓周運(yùn)動所需的向心力時(shí),物體做離圓心越來越近的向心運(yùn)動;只有當(dāng)合外力等于所需的向心力時(shí),物體才可能做勻速圓周運(yùn)動。,F拉=m2r,F拉m2r,F拉m2r,F拉=0,2、合外力與向心力的關(guān)系,供需是否平衡決定物體做何種運(yùn)動,30,學(xué)習(xí)交流PPT,3、離心運(yùn)動的應(yīng)用和防止,(1)離心運(yùn)動的應(yīng)用,甩干雨傘上的水滴,鏈球運(yùn)動,在田徑比賽中,鏈球項(xiàng)目

11、就是得用離心現(xiàn)象來實(shí)現(xiàn)投擲的。鏈球的投擲是通過預(yù)擺和旋轉(zhuǎn)來完成的,運(yùn)動員手持鏈球鏈條的一端,在鏈球高速旋轉(zhuǎn)時(shí),突然松手,拉力消失,鏈就沿切線方向飛出去。,在雨天,我們可以通過旋轉(zhuǎn)雨傘 的方法甩干雨傘上的水滴,旋轉(zhuǎn)時(shí),當(dāng)轉(zhuǎn)動快到一定的程度時(shí),水滴和雨傘之間的附著力滿足不了水滴做圓周運(yùn)動所需的向心力,水滴就會做遠(yuǎn)離圓心的運(yùn)動而被甩出去。,31,學(xué)習(xí)交流PPT,把濕布塊放在離心干燥器的金屬網(wǎng)籠里,網(wǎng)籠轉(zhuǎn)得比較慢時(shí),水滴跟物體的附著力 F足以提供所需要的向心力,使水滴做圓周運(yùn)動,當(dāng)網(wǎng)籠轉(zhuǎn)的比較快時(shí),附著力 F 不足以提供所需要的向心力,于是水滴做離心運(yùn)動,穿過網(wǎng)孔,飛到網(wǎng)籠外面。洗衣機(jī)的脫水筒也是利用

12、離心運(yùn)動把濕衣服甩干的。,離心干燥器,o,Fm2r,F,v,32,學(xué)習(xí)交流PPT,(2)離心運(yùn)動的防止, 在水平公路上行駛的汽車轉(zhuǎn)彎時(shí),Ffmaxm,r,2,Ff,汽車,在水平公路上行駛的汽車,轉(zhuǎn)彎時(shí)所需的向心力是由車輪與路面的靜摩擦力提供的。如果轉(zhuǎn)彎時(shí)速度過大,所需向心力F大于最大靜摩擦力Ffmax,汽車將做離心運(yùn)動而造成交通事故。因此,在公路彎道處,車輛行駛不允許超過規(guī)定的速度。, 高速轉(zhuǎn)動的砂輪、飛輪等,高速轉(zhuǎn)動的砂輪、飛輪等,都不得超過允許的最大轉(zhuǎn)速,如果轉(zhuǎn)速過高,砂輪、飛輪內(nèi)部分子間的作用力不足以提供所需的向心力時(shí),離心運(yùn)動會便它們破裂,甚至釀成事故。為了防止事故的發(fā)生,通常還要在砂輪和飛輪的外側(cè)加裝一個(gè)防護(hù)罩。,33,學(xué)習(xí)交流PPT,關(guān)于制作棉花糖的原理,它的內(nèi)筒與洗衣機(jī)的脫水筒相似,里面加入白砂糖,加熱使糖熔化成糖汁。內(nèi)筒高速旋