生活中的圓周運動l—火車轉(zhuǎn)彎

1、生活中的圓周運動生活中的圓周運動 火車車輪的結(jié)構(gòu)特點：火車車輪的結(jié)構(gòu)特點： 一、鐵路的彎道一、鐵路的彎道火車轉(zhuǎn)彎（內(nèi)外軌道等高）火車轉(zhuǎn)彎（內(nèi)外軌道等高）向左轉(zhuǎn)向左轉(zhuǎn)NG向左轉(zhuǎn)向左轉(zhuǎn)NGF（1） 火車轉(zhuǎn)彎處內(nèi)外軌無高度差火車轉(zhuǎn)彎處內(nèi)外軌無高度差外軌對輪緣的彈力外軌對輪緣的彈力F就是使火車轉(zhuǎn)彎就是使火車轉(zhuǎn)彎的向心力的向心力根據(jù)牛頓第二定律根據(jù)牛頓第二定律F=m 可知可知RV2火車質(zhì)量很大火車質(zhì)量很大外軌對輪緣的彈力很大外軌對輪緣的彈力很大外軌和外輪之間的磨損大，外軌和外輪之間的磨損大， 鐵軌容易受到損壞鐵軌容易受到損壞（2 ）轉(zhuǎn)彎處外軌高于內(nèi)軌）轉(zhuǎn)彎處外軌高于內(nèi)軌根據(jù)牛頓第二定律根據(jù)牛頓第二定律F

2、=mg tan = m RV2V= Rg tanV Rg tanV Rg tan外軌對外輪緣有彈力外軌對外輪緣有彈力內(nèi)軌對內(nèi)輪緣有彈力內(nèi)軌對內(nèi)輪緣有彈力NGF小結(jié)：水平面內(nèi)的圓周運動，軌跡小結(jié)：水平面內(nèi)的圓周運動，軌跡在水平面內(nèi)，向心力也一定在水平在水平面內(nèi)，向心力也一定在水平面內(nèi)。面內(nèi)。向心力是按效果命名的力，任何一向心力是按效果命名的力，任何一個或幾個力的合力，只要它的作用個或幾個力的合力，只要它的作用效果是使物體產(chǎn)生向心加速度，它效果是使物體產(chǎn)生向心加速度，它就是物體所受的向心力。就是物體所受的向心力。在水平鐵路轉(zhuǎn)彎處，往往使外軌在水平鐵路轉(zhuǎn)彎處，往往使外軌略高于內(nèi)軌，這是為了略高于內(nèi)軌

3、，這是為了( )A減輕火車輪子擠壓外軌減輕火車輪子擠壓外軌B減輕火車輪子擠壓內(nèi)軌減輕火車輪子擠壓內(nèi)軌C使火車車身傾斜，利用重力使火車車身傾斜，利用重力 和支持力的合力提供轉(zhuǎn)彎所需向和支持力的合力提供轉(zhuǎn)彎所需向心力心力D限制火車向外脫軌限制火車向外脫軌ACD思考 在高速公路的拐彎處，路面造得外高內(nèi)低是什么原因？ （第11題）如圖所示，汽車在傾斜的彎道上拐如圖所示，汽車在傾斜的彎道上拐彎，彎道的傾角為彎，彎道的傾角為，半徑為，半徑為r，則，則汽車完全不靠摩擦力轉(zhuǎn)彎的速率汽車完全不靠摩擦力轉(zhuǎn)彎的速率是是 ?（ （圖）設(shè)內(nèi)外軌間的距離為設(shè)內(nèi)外軌間的距離為L，內(nèi)，內(nèi)外軌的高度差為外軌的高度差為h，火車，

4、火車轉(zhuǎn)彎的半徑為轉(zhuǎn)彎的半徑為R，則，則火火車車轉(zhuǎn)彎的規(guī)定速度為轉(zhuǎn)彎的規(guī)定速度為v0 ?F合=mgtanmgsin=mgh/L由牛頓第二定律得：F合=man 所以mgh/L=m即火車轉(zhuǎn)彎的規(guī)定速度v0=Rv20LRghVROGFN二、拱型橋二、拱型橋F向向=G FN=mRV2FN= G mRV2（ 1 ）汽車對橋的壓力）汽車對橋的壓力FN = FN（）汽車的速度越大（）汽車的速度越大汽車對橋的壓力越小汽車對橋的壓力越小由上式和由上式和牛頓第三定律牛頓第三定律可知可知根據(jù)牛頓第二定律根據(jù)牛頓第二定律汽車開始做平拋運動汽車開始做平拋運動gR（）當(dāng)汽車的速度增大到（）當(dāng)汽車的速度增大到V= 時時,壓力

5、為零。壓力為零。 VRO質(zhì)量為質(zhì)量為m的汽車以速度的汽車以速度V通過半徑為通過半徑為R的凹型橋。它經(jīng)橋的的凹型橋。它經(jīng)橋的最低點時對橋的壓力為多大？比汽車的重量大還是??？速最低點時對橋的壓力為多大？比汽車的重量大還是?。克俣仍酱髩毫υ酱筮€是越??？度越大壓力越大還是越小？解：解：F向向=F1 G =mRV2F1 =m+RV2由上式和由上式和牛頓第三定律牛頓第三定律可知可知（ 1 ）汽車對橋的壓力）汽車對橋的壓力F1 = F1（）汽車的速度越大（）汽車的速度越大汽車對橋的壓力越大汽車對橋的壓力越大根據(jù)牛頓第二定律根據(jù)牛頓第二定律GF1思考思考：汽車不在拱形橋的最高點或最：汽車不在拱形橋的最高點或最

6、低點時，它的運動能用上面的方法求低點時，它的運動能用上面的方法求解嗎？解嗎？ mgcosFN=maN所以FN=mgcosmaN橋面支持力與夾角、車速v都有關(guān)。 （一輛汽車勻速率通過半徑為一輛汽車勻速率通過半徑為R的圓弧的圓弧拱形路面，關(guān)于汽車的受力情況，下拱形路面，關(guān)于汽車的受力情況，下列說法正確的是（列說法正確的是（ ）A汽車對路面的壓力大小不變，總汽車對路面的壓力大小不變，總是等于汽車的重力是等于汽車的重力B汽車對路面的壓力大小不斷發(fā)生汽車對路面的壓力大小不斷發(fā)生變化，總是小于汽車所受重力變化，總是小于汽車所受重力C汽車的牽引力不發(fā)生變化汽車的牽引力不發(fā)生變化D汽車的牽引力逐漸變小汽車的牽

7、引力逐漸變小BD請大家閱讀課本58面-思考與討論 說出你的想法)(22RvgmRvGmF壓由 可以解出,當(dāng) 時座艙對人的支持力F支=0，人處于失重狀態(tài) Rgv三三航天器中的失重現(xiàn)象航天器中的失重現(xiàn)象. 做勻速圓周運動的物體，在所受合力突然消失，或者不足以提供圓周運動所需的向心力的情況下，就做逐漸遠(yuǎn)離圓心的運動。這種運動叫做離心運動。一、離心運動1、離心運動：2、物體作離心運動的條件：20mrFF合合或二、離心運動 應(yīng)用1、離心干燥器的金屬網(wǎng)籠利用離心運動把附著在物體上的水分甩掉的裝置解釋：oFmr2F 當(dāng)網(wǎng)籠轉(zhuǎn)得比較慢時，當(dāng)網(wǎng)籠轉(zhuǎn)得比較慢時，水滴跟物體的附著力水滴跟物體的附著力F F 足以足以

8、提供所需的向心力提供所需的向心力F F 使水滴使水滴做圓周運動。當(dāng)網(wǎng)籠轉(zhuǎn)得比做圓周運動。當(dāng)網(wǎng)籠轉(zhuǎn)得比較快時，附著力較快時，附著力 F F 不足以提不足以提供所需的向心力供所需的向心力 F F，于是水，于是水滴做離心運動，穿過網(wǎng)孔，滴做離心運動，穿過網(wǎng)孔，飛到網(wǎng)籠外面。飛到網(wǎng)籠外面。 2、洗衣機(jī)的脫水筒、洗衣機(jī)的脫水筒3、用離心機(jī)把體溫計的、用離心機(jī)把體溫計的水銀柱甩回玻璃泡內(nèi)水銀柱甩回玻璃泡內(nèi) 當(dāng)離心機(jī)轉(zhuǎn)得比較慢時，當(dāng)離心機(jī)轉(zhuǎn)得比較慢時，縮口的阻力縮口的阻力 F F 足以提供所需足以提供所需的向心力，縮口上方的水銀的向心力，縮口上方的水銀柱做圓周運動。當(dāng)離心機(jī)轉(zhuǎn)柱做圓周運動。當(dāng)離心機(jī)轉(zhuǎn)得相當(dāng)快

9、時，阻力得相當(dāng)快時，阻力 F F 不足以不足以提供所需的向心力，水銀柱提供所需的向心力，水銀柱做離心運動而進(jìn)入玻璃泡內(nèi)。做離心運動而進(jìn)入玻璃泡內(nèi)。4、制作、制作“棉花棉花”糖的原理：糖的原理： 內(nèi)筒與洗衣機(jī)的脫水筒相內(nèi)筒與洗衣機(jī)的脫水筒相似，里面加入白砂糖，加熱使似，里面加入白砂糖，加熱使糖熔化成糖汁。內(nèi)筒高速旋轉(zhuǎn)，糖熔化成糖汁。內(nèi)筒高速旋轉(zhuǎn)，黏稠的糖汁就做離心運動，從黏稠的糖汁就做離心運動，從內(nèi)筒壁的小孔飛散出去，成為內(nèi)筒壁的小孔飛散出去，成為絲狀到達(dá)溫度較低的外筒，并絲狀到達(dá)溫度較低的外筒，并迅速冷卻凝固，變得纖細(xì)雪白，迅速冷卻凝固，變得纖細(xì)雪白，像一團(tuán)團(tuán)棉花。像一團(tuán)團(tuán)棉花。要使原來作圓周

10、運動的物體作離心運動，該怎么辦？要使原來作圓周運動的物體作離心運動，該怎么辦？問題一：A、提高轉(zhuǎn)速，使所需向心力增大到大于物體所受合外力。、提高轉(zhuǎn)速，使所需向心力增大到大于物體所受合外力。B、減小合外力或使其消失、減小合外力或使其消失三、離心運動的防止：1、在水平公路上行駛的汽、在水平公路上行駛的汽車轉(zhuǎn)彎時車轉(zhuǎn)彎時F mr2F汽車 在水平公路上行駛的汽車，轉(zhuǎn)彎時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)彎時速度過大，所需向心力F大于最大靜摩擦力Fmax，汽車將做離心運動而造成交通事故。因此，在公路彎道處，車輛行駛不允許超過規(guī)定的速度。2、高速轉(zhuǎn)動的砂輪、飛輪等？問題二：要防止離心現(xiàn)象發(fā)

11、生，該怎么辦？要防止離心現(xiàn)象發(fā)生，該怎么辦？A、減小物體運動的速度，使物體作圓周運動、減小物體運動的速度，使物體作圓周運動時所需的向心力減小時所需的向心力減小B、增大合外力，使其達(dá)到物體作圓周運動時、增大合外力，使其達(dá)到物體作圓周運動時所需的向心力所需的向心力C、作勻速圓周運動的物體，它自己會產(chǎn)生一個、作勻速圓周運動的物體，它自己會產(chǎn)生一個向心力，維持其作圓周運動向心力，維持其作圓周運動A、作勻速圓周運動的物體，在所受合外力突然消、作勻速圓周運動的物體，在所受合外力突然消失時，將沿圓周半徑方向離開圓心失時，將沿圓周半徑方向離開圓心B、作勻速圓周運動的物體，在所受合外力突然、作勻速圓周運動的物體

12、，在所受合外力突然消失時，將沿圓周切線方向離開圓心消失時，將沿圓周切線方向離開圓心D、作離心運動的物體，是因為受到離心力作用、作離心運動的物體，是因為受到離心力作用的緣故的緣故1、下列說法正確的是、下列說法正確的是 ( )鞏固練習(xí)：鞏固練習(xí)：B 、為了防止汽車在水平路面上轉(zhuǎn)彎時出現(xiàn)、為了防止汽車在水平路面上轉(zhuǎn)彎時出現(xiàn)“打滑打滑”的現(xiàn)象，可以：的現(xiàn)象，可以：( ) a、增大汽車轉(zhuǎn)彎時的速度、增大汽車轉(zhuǎn)彎時的速度 b、減小汽車轉(zhuǎn)彎時的速度、減小汽車轉(zhuǎn)彎時的速度 c、增大汽車與路面間的摩擦、增大汽車與路面間的摩擦 d、減小汽車與路面間的摩擦、減小汽車與路面間的摩擦 A、a、b B、a、c C、b、d

13、 D、b、c3、下列說法中錯誤的有：（、下列說法中錯誤的有：（ ）A、提高洗衣機(jī)脫水筒的轉(zhuǎn)速，可以使衣服甩得更干、提高洗衣機(jī)脫水筒的轉(zhuǎn)速，可以使衣服甩得更干B、轉(zhuǎn)動帶有雨水的雨傘，水滴將沿圓周半徑方向離開圓心、轉(zhuǎn)動帶有雨水的雨傘，水滴將沿圓周半徑方向離開圓心C、為了防止發(fā)生事故，高速轉(zhuǎn)動的砂輪、飛輪等不能超過、為了防止發(fā)生事故，高速轉(zhuǎn)動的砂輪、飛輪等不能超過允許的最大轉(zhuǎn)速允許的最大轉(zhuǎn)速D、離心水泵利用了離心運動的原理、離心水泵利用了離心運動的原理DB過山車過山車(1）凸形橋半徑為）凸形橋半徑為R，汽車在頂端的最大，汽車在頂端的最大速度是多少？速度是多少？(2）長為）長為R的輕繩一端系一小球在豎

14、直平的輕繩一端系一小球在豎直平面內(nèi)做圓周運動，它在最高點的最小速度面內(nèi)做圓周運動，它在最高點的最小速度是多少？是多少？ （3）如果上題改成長為）如果上題改成長為R的輕桿一端的輕桿一端系一小球在豎直平面內(nèi)做圓周運動，它在系一小球在豎直平面內(nèi)做圓周運動，它在最高點的最小速度是多少？當(dāng)球在最高點最高點的最小速度是多少？當(dāng)球在最高點速度為速度為 時，求桿對球的作用力，時，求桿對球的作用力，當(dāng)小球在最高點速度當(dāng)小球在最高點速度 時，求桿時，求桿對球的作用力。對球的作用力。Rg21Rg5 . 02鞏固應(yīng)用例、繩系著裝水的桶，在豎直平面內(nèi)做圓例、繩系著裝水的桶，在豎直平面內(nèi)做圓周運動，水的質(zhì)量周運動，水的質(zhì)

15、量m=0.5kgm=0.5kg，繩長，繩長=40cm.=40cm.求求（1 1）桶在最高點水不流出的最小速率？）桶在最高點水不流出的最小速率？（2 2）水在最高點速率）水在最高點速率=3m/s=3m/s時水對桶底的時水對桶底的壓力？壓力？(g(g取取1010m/sm/s2 2) )AB例、質(zhì)量為例、質(zhì)量為1kg1kg的小球沿半徑為的小球沿半徑為20cm20cm的圓環(huán)在豎直的圓環(huán)在豎直平面內(nèi)做圓周運動，如圖所示，求平面內(nèi)做圓周運動，如圖所示，求 （1 1）小球在圓環(huán)的最高點）小球在圓環(huán)的最高點A A不掉下來的最小速度不掉下來的最小速度是多少？此時小球的向心加速度是多少？是多少？此時小球的向心加速度是多少？ （2 2）若小球仍用以上的速度經(jīng)過圓環(huán)的最高點）若小球仍用以上的速度經(jīng)過圓環(huán)的最高點A A，當(dāng)它運動到圓環(huán)的最低點當(dāng)它運動到圓環(huán)的最低點B B時，對圓環(huán)的壓力是多時，對圓環(huán)的壓力是多少？此時小球的向心加速度是多少？少？此時小球的向心加速度是多少？鞏固應(yīng)用：例、長為例、長為0.6m0.6m的輕桿的輕桿OA(OA(不計質(zhì)量不計質(zhì)量),A),A端端插個質(zhì)量為插個質(zhì)量為2.0kg2.0kg的物體的物體, ,在豎直平面內(nèi)在豎直平面內(nèi)繞繞O O點做圓周運動點做圓周運動, ,當(dāng)球達(dá)到最高點的速當(dāng)球達(dá)到最高點的速度分別為度分別為3m/s, m/s,2m/s3m/s, m/s,2