「生活中的圓周運動（學校課件）」.ppt

第八節(jié)生活中的圓周運動 1 高級課件 生活中的圓周運動 2 高級課件 F合 供需 平衡物體做勻速圓周運動 向心力公式的理解 從 供 需 兩方面研究做圓周運動的物體 3 高級課件 汽車在水平地面上轉(zhuǎn)彎是什么力提供向心力的呢 實例研究 汽車轉(zhuǎn)彎 4 高級課件 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 當汽車轉(zhuǎn)彎的半徑一定時 汽車的速度v越大 所需的向心力也越大 靜摩擦力也越大 當靜摩擦力為最大靜摩擦力時 5 高級課件 某司機駕車在麗龍高速出口 通過水平轉(zhuǎn)盤時出了車禍 討論其原因 交通部門有責任么 如果你是公路的設(shè)計師 請?zhí)岢瞿愕牡缆犯倪M措施 轉(zhuǎn)彎處的路面內(nèi)低外高 G Ff FN 6 高級課件 由此可見 當汽車以沿圓盤轉(zhuǎn)彎時 存在一個安全通過的最大速度 如果超過了這個速度 汽車將發(fā)生側(cè)滑現(xiàn)象 改進措施 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 司機應(yīng)該減速慢行 7 高級課件 實例研究 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8 105kg 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 4 106N 但軌道提供的靜摩擦力最大值 Ffmax mg 1 96 106N 供需 不平衡 如何解決 8 高級課件 最佳設(shè)計方案 火車以半徑R 900m轉(zhuǎn)彎 火車質(zhì)量為8 105kg 速度為30m s 火車軌距l(xiāng) 1 4m 要使火車通過彎道時僅受重力與軌道的支持力 軌道應(yīng)該墊的高度h 較小時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 高級課件 研究與討論 若火車速度與設(shè)計速度不同會怎樣 外側(cè) 內(nèi)側(cè) 過大時 外側(cè)軌道與輪之間有彈力 過小時 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將向哪側(cè)運動 過大時 火車向外側(cè)運動過小時 火車向內(nèi)側(cè)運動 供需 不平衡 10 高級課件 列車速度過快 造成翻車事故 11 高級課件 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 求汽車在橋頂時對路面的壓力是多大 實例研究 汽車過橋 12 高級課件 解 汽車通過橋頂時 受力如圖 O r 由牛頓第二定律 由牛頓第三定律 當汽車通過橋頂時的速度逐漸增大時FN和FN 會怎樣變化 失重 13 高級課件 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 地面對車的支持力為零 這時駕駛員與座椅之間的壓力是多少 此時 第一宇宙速度 14 高級課件 你見過凹形橋嗎 瀘定橋 15 高級課件 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 求汽車在最低點時對橋面的壓力是多大 解 汽車通過底部時 受力如圖 由牛頓第二定律 當汽車通過橋最低點時的速度逐漸增大時FN和FN 怎樣變化 由牛頓第三定律 超重 16 高級課件 比較三種橋面受力的情況 G FN G G FN FN 17 高級課件 飛車走壁 摩托車飛車走壁 請分析受力情況 解釋現(xiàn)象 18 高級課件 思考 過山車為什么在最高點也不會掉下來 過山車 19 高級課件 討論 物做近心運動 繩和內(nèi)軌模型 理論研究 mg FN v 軌道提供支持力 繩子提供拉力 20 高級課件 v 桿兒和雙軌模型 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 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 高級課件 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)的變速圓周運動 22 高級課件 練習 用鋼管做成半徑為R 0 5m的光滑圓環(huán) 管徑遠小于R 豎直放置 一小球 可看作質(zhì)點 直徑略小于管徑 質(zhì)量為m 0 2kg在環(huán)內(nèi)做圓周運動 求 小球通過最高點A時 下列兩種情況下球?qū)鼙诘淖饔昧?取g 10m s2A的速率為1 0m sA的速率為4 0m s 23 高級課件 解 先求出桿的彈力為0的速率v0 mg mv02 l v02 gl 5 v0 2 25m 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 6N 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 4N 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 高級課件 如圖所示 質(zhì)量為M的電動機始終靜止于地面 其飛輪上固定一質(zhì)量為m的物體 物體距輪軸為r 為使電動機不至于離開地面 其飛輪轉(zhuǎn)動的角速度 應(yīng)如何 解 當小物體轉(zhuǎn)到最高點時 對底座 受到重力Mg和物體對底座的拉力T 為使電動機不至于離開地面 必須T Mg 對物體 受到重力mg和底座對物體的拉力T 由圓周運動規(guī)律有 mg T m 2r 即m 2r M m g 25 高級課件 航天員在航天器中繞地球做勻速圓周運動時 航天只受地球引力 引力為他提供了繞地球做勻速圓周運動所需的向心力F引 mv2 R 所以處于失重狀態(tài) 實例研究 失重現(xiàn)象 26 高級課件 mg mv2 R由此可以得出v Rg 1 2 27 高級課件 當時 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 其實對于任何一個按慣性飛行 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動 28 高級課件 做勻速圓周運動的物體 在一定條件下 做逐漸遠離圓心的運動 這種運動叫離心運動 觀察與思考 觀察實驗現(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擦力Ff Ffmax 當Ffmax 時 產(chǎn)生離心現(xiàn)象 實例研究 離心現(xiàn)象 29 高級課件 做勻速圓周運動的物體 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動所需的向心力的情況下 做逐漸遠離圓心的離心運動 當合外力大于物體做圓周運動所需的向心力時 物體做離圓心越來越近的向心運動 只有當合外力等于所需的向心力時 物體才可能做勻速圓周運動 F拉 m 2r F拉 m 2r F拉 m 2r 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動 30 高級課件 3 離心運動的應(yīng)用和防止 1 離心運動的應(yīng)用 甩干雨傘上的水滴 鏈球運動 在田徑比賽中 鏈球項目就是得用離心現(xiàn)象來實現(xiàn)投擲的 鏈球的投擲是通過預擺和旋轉(zhuǎn)來完成的 運動員手持鏈球鏈條的一端 在鏈球高速旋轉(zhuǎn)時 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 當轉(zhuǎn)動快到一定的程度時 水滴和雨傘之間的附著力滿足不了水滴做圓周運動所需的向心力 水滴就會做遠離圓心的運動而被甩出去 31 高級課件 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 水滴跟物體的附著力F足以提供所需要的向心力 使水滴做圓周運動 當網(wǎng)籠轉(zhuǎn)的比較快時 附著力F不足以提供所需要的向心力 于是水滴做離心運動 穿過網(wǎng)孔 飛到網(wǎng)籠外面 洗衣機的脫水筒也是利用離心運動把濕衣服甩干的 離心干燥器 o F m 2r F v 32 高級課件 2 離心運動的防止 在水平公路上行駛的汽車轉(zhuǎn)彎時 Ffmax m r 2 Ff 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Ffmax 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 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 離心運動會便它們破裂 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)加裝一個防護罩 33 高級課件 關(guān)于制作 棉花 糖的原理 它的內(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)