生活中的圓周運動好課件

7生活中的圓周運動

高一物理組2014、3、11學習基礎物體要受到指向圓心的向心力向心力的特點方向：總是指向圓心大小：最重要rmgF靜FNOθO'FTmgF合MadebyLivenmgFNrF靜圓錐擺轉(zhuǎn)盤滾筒經(jīng)典模型三維設計P19汽車轉(zhuǎn)彎OmgFNFf提供向心力受力分析FfFf練習：如圖所示，是從一輛在水平公路上行駛著的汽車后方拍攝的汽車后輪照片。從照片來看，汽車此時正在(B)

A．直線前進

B．向右轉(zhuǎn)彎C．向左轉(zhuǎn)彎

D．不能判斷飛機轉(zhuǎn)彎:模擬與感受GNFnGNFn自行車轉(zhuǎn)彎背景問題2、火車轉(zhuǎn)彎：

火車在平直軌道上勻速行駛時，所受的合力等于0，那么當火車轉(zhuǎn)彎時，我們說它做圓周運動，那么是什么力提供火車的向心力呢？火車軌道的特殊性研究與討論1、請設計一個方案讓火車沿軌道安全通過彎道？實際火車與軌道設計中，利用輪緣可增加小部分的向心力；墊高外軌可增加較多的向心力。c：由于該彈力是由輪緣和外軌的擠壓產(chǎn)生的，且由于火車質(zhì)量很大，故輪緣和外軌間的相互作用力很大，易損壞鐵軌。1、若內(nèi)外軌道一樣高時FNFGa：此時火車受三個力：重力、支持力、外軌對輪緣的彈力。b：外軌對輪緣的彈力F提供向心力。2、最佳方案

火車轉(zhuǎn)彎時，外軌道應該適當墊高.目的使火車通過彎道時僅受重力與軌道的支持力，即向心力完全由重力與支持力的合力提供。GNF求這個速度。對實際問題進行抽象提煉并建立模型水平軌道模型彎曲軌道模型火車模型火車受到的支持力和重力的合力指向圓心，為火車轉(zhuǎn)彎提供了一部分向心力，減輕了輪緣與外軌的擠壓。若這部分合力恰等于向心力，那火車此時的線速度的表達式是什么？思考：火車實際的速度大于或小于此速度會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？θθ向心力NG當v=v0時：當v>v0時：當v<v0時：輪緣不受側(cè)向壓力,最安全的轉(zhuǎn)彎速度輪緣受到外軌向內(nèi)的擠壓力,外軌易損壞。輪緣受到內(nèi)軌向外的擠壓力,內(nèi)軌易損壞。F彈F彈鐵路彎道處超速是火車脫軌和翻車的主要原因研究與討論3、若火車速度與設計速度不同會怎樣？速度過大時(2)過小時FNGF列車速度過快，造成翻車事故汽車賽道的設計如圖所示，汽車在傾斜的彎道上拐彎，彎道的傾角為θ，半徑為r，則汽車完全不靠摩擦力轉(zhuǎn)彎的速率是

?（背景問題3：汽車過橋思考題:為什么生活中的橋大部分是凸形橋而不是凹形橋呢?汽車過拱橋FNF合=G－FＮF向=mv2/r由F合=F向G－FＮ=mv2/rFＮ=G－mv2/r＜G汽車過凸形橋取向心加速度方向為正方向思考與討論

根據(jù)上面的分析可以看出，汽車行駛的速度越大，汽車對橋的壓力越小。試分析一下，當汽車的速度不斷增大時，會有什么現(xiàn)象發(fā)生呢？根據(jù)牛頓第三定律：F壓=FN即：由上式可知，v增大時，F(xiàn)壓減小，當時，F(xiàn)壓=0；當時，汽車將脫離橋面，發(fā)生危險。思考與討論請你根據(jù)上面分析汽車通過凸形橋的思路，分析一下汽車通過凹形橋最低點時對橋的壓力。這時的壓力比汽車的重量大還是??？

F合=FＮ－G

F向=mv2/r

由F合=F向

FＮ－G=mv2/r

FＮ=G＋mv2/r

＞GVＦＮVＦＮ比較三種橋面受力的情況FN=G例：一輛質(zhì)量的小轎車，駛過半徑的一段圓弧形橋面，重力加速度。求：（1）若橋面為凹形，汽車以的速度通過橋面最低點時，對橋面壓力是多大？（2）若橋面為凸形，汽車以的速度通過橋面最高點時，對橋面壓力是多大？（3）汽車以多大速度通過凸形橋面的頂點時，對橋面剛好沒有壓力？eg1.一輛卡車在丘陵地勻速行駛,地形如圖所示,由于輪胎太舊,途中爆胎,爆胎可能性最大的地段應是()

A.a處

B.b處

C.c處

D.d處生活中的圓周運動

◆圓周運動(Circularmotion)abcdD可能飛離路面的地段應是？當堂練習思考與討論：

地球可以看做一個巨大的拱形橋，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，地面對車的支持力是零？這時駕駛員與座椅之間的壓力是多少？……mgFN根據(jù)牛頓第二定律：三：航天器中的失重現(xiàn)象

假設宇宙飛船總質(zhì)量為M，它在地球表面附近繞地球做勻速圓周運動，其軌道半徑近似等于地球半徑r，航天員質(zhì)量為m，宇宙飛船和航天員受到的地球引力近似等于他們在地面上的重力mg．試求座艙對宇航員的支持力為零時飛船的速度多大?通過求解，你可以判斷此時的宇航員處于什么狀態(tài)（超重或失重）。對宇航員，重力提供向心力：mg=mv2/r由此可以得出宇航員處于完全失重狀態(tài)此時人對座椅的壓力為零

oF=mF>mF<mF=0“供”“需”是否平衡決定物體做何種運動離心運動4供提供物體做圓周運動的力需物體做勻速圓周運動所需的力學法指導：向心力公式的再理解F“供需”平衡物體做勻速圓周運動提供物體做勻速圓周運動的力物體做勻速圓周運動所需的力=從“供”“需”兩方面研究做圓周運動的物體離心拋擲離心脫水離心分離離心甩干●離心運動的應用用離心機把體溫計的水銀柱甩回玻璃泡內(nèi)制作棉花糖的原理：

內(nèi)筒與洗衣機的脫水筒相似，里面加入白砂糖，加熱使糖熔化成糖汁。內(nèi)筒高速旋轉(zhuǎn)，黏稠的糖汁就做離心運動，從內(nèi)筒壁的小孔飛散出去，成為絲狀到達溫度較低的外筒，并迅速冷卻凝固，變得纖細雪白，像一團團棉花。OF靜vOFv4.離心運動的防止2、防止：汽車轉(zhuǎn)彎，高速砂輪限速等4.離心運動的防止：1）在水平公路上行駛的汽車轉(zhuǎn)彎時υF<mυr2F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、飛輪等此地不宜居住嗎？中央電視臺《今日說法》欄目最近報道了一起發(fā)生在湖南長沙某區(qū)湘府路上的離奇交通事故．家住公路拐彎處的張先生和李先生家在三個月內(nèi)連續(xù)遭遇了七次大卡車側(cè)翻在自家門口的場面，第八次有輛卡車沖撞進李先生家，造成三死一傷和房屋嚴重損毀的血腥慘案．當?shù)鼐用裾J為是風水問題，你相信嗎？經(jīng)公安部門和交通部門協(xié)力調(diào)查，畫出的現(xiàn)場示意圖如圖所示．：公路在設計上內(nèi)（東）高外（西）低向心、圓周、離心運動“供”“需”是否平衡決定物體做何種運動供提供物體做圓周運動的力需物體做勻速圓周運動所需的力Fn=圓周運動Fn<離心運動Fn>向心運動小結(jié):二.拱形橋1.汽車過拱形橋時,對橋面的壓力與重力比較2.圓周運動中的超重、失重情況．三.航天器中的失重現(xiàn)象重力提供自身做圓周運動向心力四.離心運動1.離心現(xiàn)象的分析與討論．2.離心運動的應用和防止．課堂小結(jié)火車轉(zhuǎn)彎規(guī)定:v過大時:外側(cè)軌道與輪之間有彈力v過小時:內(nèi)側(cè)軌道與輪之間有彈力一.鐵路的彎道

1.向心力的來源:A外軌高于內(nèi)軌時,重力與支持力的合力是使火車轉(zhuǎn)彎的向心力B輪緣

2轉(zhuǎn)彎處的半徑和火車運行速度的條件限制.處理圓周運動問題的基本思路：1）找到圓周運動的圓平面，確定圓心找到半徑2）受力分析，找到向心力的來源；3）利用向心力公式Fn=man列方程求解實質(zhì)是牛頓第二定律在圓周運動中的應用只不過這里的加速度是向心加速度。在2014的春天里謝謝大家！溫盛良拓展部分豎直平面內(nèi)的圓周運動1、桿模型2、繩模型3、軌道模型4、連接體問題5、臨界問題學習基礎：研究圓周運動的要點從“供”“需”兩方面來進行研究“供”——分析物體受力，求沿半徑方向的合外力“需”——確定物體軌道，定圓心、找半徑、用公式，求出所需向心力“供”“需”平衡做圓周運動“供”“需”不平衡做離心運動或向心運動引入：桿長為L，球的質(zhì)量為m，桿連球在豎直平面內(nèi)繞軸O自由轉(zhuǎn)動，已知在最高點處，桿對球的彈力大小為F=1/2mg，求這時小球的即時速度大小。解：小球所需向心力向下，本題中F=1/2mg＜mg，所以彈力的方向可能向上，也可能向下。⑴若F向上，則⑵若F向下，則？v

桿兒模型：能過最高點的臨界條件：當速度V>時,桿兒對小球是拉力.當速度V<時,桿兒對小球是支持力.當速度V=時,桿兒對小球無作用力.mgFNF例6、如圖所示，質(zhì)量為m的小球在豎直平面內(nèi)的光滑圓軌道上做圓周運動．圓半徑為R，小球經(jīng)過圓環(huán)最高點時剛好不脫離圓軌．則其通過最高點時（

）A．小球?qū)A環(huán)的壓力大小等于mgB．小球受到的向心力等于重力C．小球的線速度大小等于D．小球的向心加速度大小等于gBCD例7、如圖所示，質(zhì)量可以不計的細桿的一端固定著一個質(zhì)量為m的小球，另一端能繞光滑的水平軸O轉(zhuǎn)動。讓小球在豎直平面內(nèi)繞軸O做半徑為的圓周運動，小球通過最高點時的線速度大小為v。下列說法中正確的是()

A、v不能小于B、v＝時，小球與細桿之間無彈力作用時，小球與細桿之間的彈力隨v增大而增大C、v大于時，小球與細桿之間的彈力隨v減小而增大D、v小于BCD討論：物做近心運動

繩和內(nèi)軌模型：mgFNv

繩桿圓管

m的受力情況

最高點A的速度

重力、繩的拉力AOmBL重力、桿的拉力或支持力AOmBR重力、外管壁的支持力或內(nèi)管壁的支持力小結(jié)：豎直平面內(nèi)的變速圓周運動AOmBL如圖所示，光滑圓盤中心有一個小孔，用細繩穿過小孔，兩端各系一小球AB，AB等質(zhì)量，盤上的小球A做半徑為r=20cm的勻速圓周運動，要保持B球靜止，A球的角速度多大？ω=？FmgF解：對A，由牛頓第二定律，得

F=mω2r…………①

對B，

F=mg

………②①②聯(lián)立解得ω==(Rad/s)r=0.2連接體問題細繩一段系一質(zhì)量為M=0.6千克,的物體,靜止在水平面上,另一端通過光滑小孔吊著質(zhì)量m=0.3千克的物體,M的中心距圓孔0.2米,已知M與水平面間的最大靜摩擦力是2牛,現(xiàn)使此平面繞中心軸線轉(zhuǎn)動,問ω在什么范圍內(nèi)m會處于靜止狀態(tài)

ω１=？FmgF解：研A即將向圓心滑動狀態(tài)，據(jù)牛二律

F－ｆ=

隔離B，

F=mg

………②r=0.2三圓周運動2-圓周運動動力學----連接體問題Mga1Nf………①①②聯(lián)得研A即將背離圓心滑動狀態(tài)，據(jù)牛二律ω２=？FFMga２Nfmg

F＋ｆ=………③

隔離B，

F=mg

………④③④聯(lián)得如圖所示，質(zhì)量為m的AB兩個物體，用細繩懸著，跨過固定在圓盤中央光滑的定滑輪，物體A據(jù)轉(zhuǎn)盤中心R,與轉(zhuǎn)盤的最大靜摩擦因數(shù)為μ（<1），為使A相對于轉(zhuǎn)盤靜止，則轉(zhuǎn)盤的角速度取值范圍多大？FmgF利用程序法判定未知的臨界狀態(tài)ω1=？ω2=？f？若盤不轉(zhuǎn)即ω=0物體A