高一物理《生活中的圓周運(yùn)動(dòng)》

1、生活中的圓周運(yùn)動(dòng)概念和公式1. 描述運(yùn)動(dòng)快慢的物理量描述運(yùn)動(dòng)快慢的物理量nrfrrTrtlv 222 概念和公式1. 描述運(yùn)動(dòng)快慢的物理量描述運(yùn)動(dòng)快慢的物理量nrfrrTrtlv 222 概念和公式1. 描述運(yùn)動(dòng)快慢的物理量描述運(yùn)動(dòng)快慢的物理量2. 描述轉(zhuǎn)動(dòng)快慢的物理量描述轉(zhuǎn)動(dòng)快慢的物理量nrfrrTrtlv 222 nfTt 222 概念和公式1. 描述運(yùn)動(dòng)快慢的物理量描述運(yùn)動(dòng)快慢的物理量2. 描述轉(zhuǎn)動(dòng)快慢的物理量描述轉(zhuǎn)動(dòng)快慢的物理量3. 向心加速度向心加速度3. 向心加速度向心加速度vrfrTrrvan 2222)2()2(3. 向心加速度向心加速度vrfrTrrvan 2222)2()2

2、(4. 向心力向心力3. 向心加速度向心加速度vrfrTrrvan 2222)2()2(4. 向心力向心力nmaF F2vmr“供需供需”平衡平衡 物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)提供的力所需的力向心力公式的理解 =從從“供供” “需需”兩方面兩方面研究做圓周運(yùn)動(dòng)的物體二二. 鐵路的彎道鐵路的彎道1. 火車轉(zhuǎn)彎時(shí)有向心加速度，是什么力火車轉(zhuǎn)彎時(shí)有向心加速度，是什么力使它產(chǎn)生向心加速度？使它產(chǎn)生向心加速度？二二. 鐵路的彎道鐵路的彎道1. 火車轉(zhuǎn)彎時(shí)有向心加速度，是什么力火車轉(zhuǎn)彎時(shí)有向心加速度，是什么力使它產(chǎn)生向心加速度？使它產(chǎn)生向心加速度？2. 鐵軌和車輪的結(jié)構(gòu)如何？鐵軌和車輪的結(jié)構(gòu)如何？二二. 鐵路的彎道

3、鐵路的彎道1. 火車轉(zhuǎn)彎時(shí)有向心加速度，是什么力火車轉(zhuǎn)彎時(shí)有向心加速度，是什么力使它產(chǎn)生向心加速度？使它產(chǎn)生向心加速度？2. 鐵軌和車輪的結(jié)構(gòu)如何？鐵軌和車輪的結(jié)構(gòu)如何？3. 為什么要這樣的結(jié)構(gòu)？為什么要這樣的結(jié)構(gòu)？二二. 鐵路的彎道鐵路的彎道1. 火車轉(zhuǎn)彎時(shí)有向心加速度，是什么力火車轉(zhuǎn)彎時(shí)有向心加速度，是什么力使它產(chǎn)生向心加速度？使它產(chǎn)生向心加速度？2. 鐵軌和車輪的結(jié)構(gòu)如何？鐵軌和車輪的結(jié)構(gòu)如何？3. 為什么要這樣的結(jié)構(gòu)？為什么要這樣的結(jié)構(gòu)？4. 設(shè)每節(jié)車廂質(zhì)量為設(shè)每節(jié)車廂質(zhì)量為50噸，彎道半徑噸，彎道半徑200m，火車速度火車速度216km/h，估算火車轉(zhuǎn)彎所需的向，估算火車轉(zhuǎn)彎所需的向

4、心力有多大？誰來提供這個(gè)向心力？會(huì)有什心力有多大？誰來提供這個(gè)向心力？會(huì)有什么樣的后果？如何解決這個(gè)問題？么樣的后果？如何解決這個(gè)問題？(g=10m/s2)二二. 鐵路的彎道鐵路的彎道 返回返回(1)先找圓心和半徑。先找圓心和半徑。 解決方案解決方案: :外軌略高于內(nèi)軌外軌略高于內(nèi)軌 (1)先找圓心和半徑。先找圓心和半徑。 (2)受力分析受力分析, 找向心力找向心力. FN GFN F合合Gyx外軌略高于內(nèi)軌外軌略高于內(nèi)軌外軌略高于內(nèi)軌外軌略高于內(nèi)軌GFN F合合故有：故有： LhgRgRvRvmG tan:;tan020得得 設(shè)鐵軌路面傾斜角設(shè)鐵軌路面傾斜角度為度為 ，則合外力為：，則合外力

5、為： F合合=Gtan 設(shè)轉(zhuǎn)彎處圓設(shè)轉(zhuǎn)彎處圓弧半徑為弧半徑為R, h為為兩軌內(nèi)側(cè)和外側(cè)兩軌內(nèi)側(cè)和外側(cè)的高度差的高度差. L為兩為兩軌間距離軌間距離.向心力恰好由支持力和重力提供向心力恰好由支持力和重力提供. (問問內(nèi)外軌對(duì)火車輪緣是否有擠壓內(nèi)外軌對(duì)火車輪緣是否有擠壓?)，則則火火車車的的若若火火車車速速度度 tan)1(gRv 向心力恰好由支持力和重力提供向心力恰好由支持力和重力提供. (問問內(nèi)外軌對(duì)火車輪緣是否有擠壓內(nèi)外軌對(duì)火車輪緣是否有擠壓?)，則則火火車車的的若若火火車車速速度度 tan)1(gRv 無擠壓無擠壓向心力恰好由支持力和重力提供向心力恰好由支持力和重力提供. (問問內(nèi)外軌對(duì)火

6、車輪緣是否有擠壓內(nèi)外軌對(duì)火車輪緣是否有擠壓?)，則則火火車車的的若若火火車車速速度度 tan)1(gRv 和重力提供的合力和重力提供的合力小于小于火車需要的向火車需要的向心力心力. (這時(shí)這時(shí), 內(nèi)外軌對(duì)火車輪緣是否有內(nèi)外軌對(duì)火車輪緣是否有擠壓擠壓?) 則則支支持持力力若若火火車車速速度度 ,tan)2( grv 無擠壓無擠壓向心力恰好由支持力和重力提供向心力恰好由支持力和重力提供. (問問內(nèi)外軌對(duì)火車輪緣是否有擠壓內(nèi)外軌對(duì)火車輪緣是否有擠壓?)，則則火火車車的的若若火火車車速速度度 tan)1(gRv 和重力提供的合力和重力提供的合力小于小于火車需要的向火車需要的向心力心力. (這時(shí)這時(shí),

7、內(nèi)外軌對(duì)火車輪緣是否有內(nèi)外軌對(duì)火車輪緣是否有擠壓擠壓?) 則則支支持持力力若若火火車車速速度度 ,tan)2( grv 外軌對(duì)輪緣有側(cè)壓力外軌對(duì)輪緣有側(cè)壓力無擠壓無擠壓和重力提供的合力和重力提供的合力大于大于火車需要的向火車需要的向心力心力.，則則支支持持力力若若火火車車速速度度 tan)3(grv 和重力提供的合力和重力提供的合力大于大于火車需要的向火車需要的向心力心力.，則則支支持持力力若若火火車車速速度度 tan)3(grv 內(nèi)軌對(duì)火車輪緣有側(cè)壓力內(nèi)軌對(duì)火車輪緣有側(cè)壓力.與需要的向心力F需之間的關(guān)系。對(duì)于勻速圓周運(yùn)動(dòng)的試題, 一定要分析需要的向心力與提供的向心力, 這樣才不會(huì)弄錯(cuò)。向提正

8、確理解公式中提供的2vFmFr列車速度過快，造成翻車事故賽道的設(shè)計(jì)1水平鐵路拐彎處，往往使外軌水平鐵路拐彎處，往往使外軌 高于內(nèi)軌，這是為了高于內(nèi)軌，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，提供轉(zhuǎn)彎所使火車車身傾斜，提供轉(zhuǎn)彎所 需的向心力需的向心力D限制火車向外脫軌限制火車向外脫軌2. 火車以某一速度火車以某一速度v通過某彎道時(shí)，內(nèi)、通過某彎道時(shí)，內(nèi)、 外軌道均不受側(cè)壓力作用，下面分析外軌道均不受側(cè)壓力作用，下面分析正確的是（正確的是（ )A. 軌道半徑軌道半徑R=v2/gB. 若火車速度大于若火車速度大于v時(shí)時(shí),

9、外軌將受到側(cè)壓外軌將受到側(cè)壓 作用作用, 其方向平行軌道向外其方向平行軌道向外C. 若火車速度小于若火車速度小于v時(shí)時(shí), 外軌道將受到側(cè)外軌道將受到側(cè) 壓作用壓作用, 其方向其方向平行軌道向內(nèi)平行軌道向內(nèi)D. 當(dāng)火車質(zhì)量改變時(shí)當(dāng)火車質(zhì)量改變時(shí), 安全速率也將安全速率也將 改變改變?nèi)? 拱型橋和凹型橋拱型橋和凹型橋1. 設(shè)拱型橋面圓弧半徑為設(shè)拱型橋面圓弧半徑為R，質(zhì)量為，質(zhì)量為m的的汽車以速度汽車以速度v通過橋面，試求汽車在橋面通過橋面，試求汽車在橋面圓弧最高點(diǎn)時(shí)對(duì)橋面的壓力圓弧最高點(diǎn)時(shí)對(duì)橋面的壓力三三. 拱型橋和凹型橋拱型橋和凹型橋2. 請(qǐng)你說說這種橋的優(yōu)點(diǎn)請(qǐng)你說說這種橋的優(yōu)點(diǎn)1. 設(shè)拱型橋

10、面圓弧半徑為設(shè)拱型橋面圓弧半徑為R，質(zhì)量為，質(zhì)量為m的的汽車以速度汽車以速度v通過橋面，試求汽車在橋面通過橋面，試求汽車在橋面圓弧最高點(diǎn)時(shí)對(duì)橋面的壓力圓弧最高點(diǎn)時(shí)對(duì)橋面的壓力2. 請(qǐng)你說說這種橋的優(yōu)點(diǎn)請(qǐng)你說說這種橋的優(yōu)點(diǎn)3. 對(duì)于凹型橋，汽車在最低點(diǎn)時(shí)對(duì)橋面對(duì)于凹型橋，汽車在最低點(diǎn)時(shí)對(duì)橋面的壓力比汽車的重量是大些還是小些？的壓力比汽車的重量是大些還是小些？三三. 拱型橋和凹型橋拱型橋和凹型橋1. 設(shè)拱型橋面圓弧半徑為設(shè)拱型橋面圓弧半徑為R，質(zhì)量為，質(zhì)量為m的的汽車以速度汽車以速度v通過橋面，試求汽車在橋面通過橋面，試求汽車在橋面圓弧最高點(diǎn)時(shí)對(duì)橋面的壓力圓弧最高點(diǎn)時(shí)對(duì)橋面的壓力2. 請(qǐng)你說說這種

11、橋的優(yōu)點(diǎn)請(qǐng)你說說這種橋的優(yōu)點(diǎn)3. 對(duì)于凹型橋，汽車在最低點(diǎn)時(shí)對(duì)橋面對(duì)于凹型橋，汽車在最低點(diǎn)時(shí)對(duì)橋面的壓力比汽車的重量是大些還是小些？的壓力比汽車的重量是大些還是小些？三三. 拱型橋和凹型橋拱型橋和凹型橋4. 地球可看作是半徑為地球可看作是半徑為6400km的巨的巨型拱型橋，汽車的速度多大時(shí)，地型拱型橋，汽車的速度多大時(shí)，地面對(duì)汽車的支持力為零？這時(shí)駕駛面對(duì)汽車的支持力為零？這時(shí)駕駛員與座椅之間的壓力如何？駕駛員員與座椅之間的壓力如何？駕駛員軀體各部分之間的壓力是多少？他軀體各部分之間的壓力是多少？他這時(shí)可能有什么感覺？這時(shí)可能有什么感覺？5. 長(zhǎng)度為長(zhǎng)度為L(zhǎng)=0.50m的輕質(zhì)細(xì)桿的輕質(zhì)細(xì)桿OA

12、，A端有一質(zhì)量為端有一質(zhì)量為m=3.0kg的小球，如圖所示。小的小球，如圖所示。小球以球以O(shè)點(diǎn)為圓心在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)，通點(diǎn)為圓心在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)，通過最高點(diǎn)時(shí)小球的速率是過最高點(diǎn)時(shí)小球的速率是2.0m/s，g取取10m/s2，則此時(shí)細(xì)桿則此時(shí)細(xì)桿OA受到受到( )A. 6.0N的拉力的拉力B. 6.0N的壓力的壓力C. 24N的拉力的拉力D. 24N的壓力的壓力ALOm四、航天器中的失重現(xiàn)象 設(shè)航天器繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，設(shè)航天器繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，飛行的軌道半徑近似為地球半徑飛行的軌道半徑近似為地球半徑R，航，航天員受到的引力近似等于他在地面測(cè)得天員受到的引力近似等于他在地面測(cè)

13、得的體重的體重mg，則航天器的飛行速度為多大，則航天器的飛行速度為多大?此時(shí)飛船座艙對(duì)他的支持力為多大此時(shí)飛船座艙對(duì)他的支持力為多大? 在航天器中，航天員處于完全失重狀態(tài)?！拘〗Y(jié)小結(jié)】研究圓周運(yùn)動(dòng)的思路研究圓周運(yùn)動(dòng)的思路從從“供供”“”“需需”兩方面來進(jìn)行研究：兩方面來進(jìn)行研究：“供供”分析物體受力，求沿半徑方分析物體受力，求沿半徑方向的合外力；向的合外力；“需需”確定物體軌道，定圓心、找確定物體軌道，定圓心、找半徑、用公式，求出所需向心力；半徑、用公式，求出所需向心力；“供供”“”“需需”平衡則做圓周運(yùn)動(dòng)。平衡則做圓周運(yùn)動(dòng)。分析圓周運(yùn)動(dòng)問題的步驟分析圓周運(yùn)動(dòng)問題的步驟1. 確定研究對(duì)象；確定

14、研究對(duì)象；2. 確定圓心、圓平面、圓半徑等；確定圓心、圓平面、圓半徑等；3. 分析受力；分析受力；4. 建立坐標(biāo)；建立坐標(biāo)；5. 應(yīng)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律列方程并求解。應(yīng)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律列方程并求解。1. 正在做勻速圓周的質(zhì)點(diǎn)，若向心力正在做勻速圓周的質(zhì)點(diǎn)，若向心力突然消失，質(zhì)點(diǎn)如何運(yùn)動(dòng)？突然消失，質(zhì)點(diǎn)如何運(yùn)動(dòng)？四四. 離心運(yùn)動(dòng)離心運(yùn)動(dòng)1. 正在做勻速圓周的質(zhì)點(diǎn)，若向心力正在做勻速圓周的質(zhì)點(diǎn)，若向心力突然消失，質(zhì)點(diǎn)如何運(yùn)動(dòng)？突然消失，質(zhì)點(diǎn)如何運(yùn)動(dòng)？2. 若要做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，提供的向心若要做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，提供的向心力應(yīng)滿足什么條件？力應(yīng)滿足什么條件？四四. 離心運(yùn)動(dòng)離心運(yùn)動(dòng)1. 正在做勻速圓周的質(zhì)點(diǎn)，若向

15、心力正在做勻速圓周的質(zhì)點(diǎn)，若向心力突然消失，質(zhì)點(diǎn)如何運(yùn)動(dòng)？突然消失，質(zhì)點(diǎn)如何運(yùn)動(dòng)？2. 若要做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，提供的向心若要做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，提供的向心力應(yīng)滿足什么條件？力應(yīng)滿足什么條件？3. 若若“提供的提供的”大于大于“需要的需要的”，質(zhì)，質(zhì)點(diǎn)又如何運(yùn)動(dòng)？點(diǎn)又如何運(yùn)動(dòng)？rvmF2 提供物體提供物體做圓周運(yùn)動(dòng)沿做圓周運(yùn)動(dòng)沿半徑方向的合半徑方向的合力（來源）力（來源） 物體做物體做勻速圓周運(yùn)勻速圓周運(yùn)動(dòng)所需的力動(dòng)所需的力“供供”“”“需需”是否平衡決定物體做何種運(yùn)動(dòng)是否平衡決定物體做何種運(yùn)動(dòng)rvmF2 rvmF2 rvmF2 圓周運(yùn)動(dòng)圓周運(yùn)動(dòng)離心運(yùn)動(dòng)離心運(yùn)動(dòng)向心運(yùn)動(dòng)向心運(yùn)動(dòng)rvmF2 “供供”“”

16、“需需”是否平衡決定物體做何種運(yùn)動(dòng)是否平衡決定物體做何種運(yùn)動(dòng)rvmF2 rvmF2 rvmF2 圓周運(yùn)動(dòng)圓周運(yùn)動(dòng)離心運(yùn)動(dòng)離心運(yùn)動(dòng)向心運(yùn)動(dòng)向心運(yùn)動(dòng) 提供物體提供物體做圓周運(yùn)動(dòng)沿做圓周運(yùn)動(dòng)沿半徑方向的合半徑方向的合力（來源）力（來源） 物體做物體做勻速圓周運(yùn)勻速圓周運(yùn)動(dòng)所需的力動(dòng)所需的力rvmF2 提供物體提供物體做圓周運(yùn)動(dòng)沿做圓周運(yùn)動(dòng)沿半徑方向的合半徑方向的合力（來源）力（來源） 物體做物體做勻速圓周運(yùn)勻速圓周運(yùn)動(dòng)所需的力動(dòng)所需的力“供供”“”“需需”是否平衡決定物體做何種運(yùn)動(dòng)是否平衡決定物體做何種運(yùn)動(dòng)rvmF2 rvmF2 rvmF2 圓周運(yùn)動(dòng)圓周運(yùn)動(dòng)離心運(yùn)動(dòng)離心運(yùn)動(dòng)向心運(yùn)動(dòng)向心運(yùn)動(dòng)rvmF2

17、 提供物體提供物體做圓周運(yùn)動(dòng)沿做圓周運(yùn)動(dòng)沿半徑方向的合半徑方向的合力（來源）力（來源） 物體做物體做勻速圓周運(yùn)勻速圓周運(yùn)動(dòng)所需的力動(dòng)所需的力“供供”“”“需需”是否平衡決定物體做何種運(yùn)動(dòng)是否平衡決定物體做何種運(yùn)動(dòng)rvmF2 rvmF2 rvmF2 圓周運(yùn)動(dòng)圓周運(yùn)動(dòng)離心運(yùn)動(dòng)離心運(yùn)動(dòng)向心運(yùn)動(dòng)向心運(yùn)動(dòng) 1. 離心運(yùn)動(dòng)離心運(yùn)動(dòng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體，在向心力做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體，在向心力突然消失或合外力不足以提供做圓周運(yùn)突然消失或合外力不足以提供做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力時(shí)，做逐漸遠(yuǎn)離圓心的運(yùn)動(dòng)，動(dòng)的向心力時(shí)，做逐漸遠(yuǎn)離圓心的運(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)叫離心運(yùn)動(dòng)。這種運(yùn)動(dòng)叫離心運(yùn)動(dòng)。播放視頻播放視頻 離心運(yùn)動(dòng)離心運(yùn)動(dòng)2.

18、離心運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用：離心運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用：離心干燥器離心干燥器離心沉淀器離心沉淀器3. 離心運(yùn)動(dòng)的防止：離心運(yùn)動(dòng)的防止：汽車在公路轉(zhuǎn)彎處的限速汽車在公路轉(zhuǎn)彎處的限速轉(zhuǎn)動(dòng)的砂輪、飛輪限速轉(zhuǎn)動(dòng)的砂輪、飛輪限速3. 離心運(yùn)動(dòng)的防止：離心運(yùn)動(dòng)的防止：汽車在公路轉(zhuǎn)彎處的限速汽車在公路轉(zhuǎn)彎處的限速轉(zhuǎn)動(dòng)的砂輪、飛輪限速轉(zhuǎn)動(dòng)的砂輪、飛輪限速【思考【思考】如果物體實(shí)際提供的合力大于如果物體實(shí)際提供的合力大于所需的向心力，物體將做何運(yùn)動(dòng)？所需的向心力，物體將做何運(yùn)動(dòng)？1.飛機(jī)做特技表演時(shí)，常做俯沖拉起運(yùn)飛機(jī)做特技表演時(shí)，常做俯沖拉起運(yùn)動(dòng)，如圖所示，此運(yùn)動(dòng)在最低點(diǎn)附近可看做動(dòng)，如圖所示，此運(yùn)動(dòng)在最低點(diǎn)附近可看做是半徑為是半徑為500m的圓周運(yùn)動(dòng)。若飛行員的質(zhì)量的圓周運(yùn)動(dòng)。若飛行員的質(zhì)量為為65kg，飛機(jī)經(jīng)過最低點(diǎn)時(shí)的速度為，飛機(jī)經(jīng)過最低點(diǎn)時(shí)的速度為360km/h，則這時(shí)飛行員對(duì)坐椅的壓力為多大則這時(shí)飛行員對(duì)坐椅的壓力為多大?(g=10m/s2)2.原長(zhǎng)為原長(zhǎng)為L(zhǎng)的輕彈簧一端的輕彈簧一端固定一小鐵塊，另一端連接在固定一小鐵塊，另一端連接在豎直軸豎直軸OO上，小鐵塊放在水上