必修二生活中的圓周運(yùn)動(dòng)課件

1、提供物體做圓周運(yùn)動(dòng)的力物體做圓周運(yùn)動(dòng)所需的力物體作圓周運(yùn)動(dòng)的條件從“供” “需”兩方面研究生活中做圓周運(yùn)動(dòng)的物體，由物體受力情況決定由物體的運(yùn)動(dòng)情況決定F=“供需”平衡 物體做圓周運(yùn)動(dòng)本節(jié)課第1頁，共35頁。鐵路的彎道火車車輪的構(gòu)造火車車輪有突出的輪緣背景問題1、火車轉(zhuǎn)彎：第2頁，共35頁。FNFG1、鐵路的彎道(1)內(nèi)外軌道一樣高時(shí)轉(zhuǎn)彎火車車輪受三個(gè)力：重力、支持力、外軌對(duì)輪緣的彈力.外軌對(duì)輪緣的彈力F提供向心力F=F向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.怎么辦?背景問題1、火車轉(zhuǎn)彎：第3頁，共35頁。(2) 外軌高內(nèi)軌低時(shí)轉(zhuǎn)

2、彎GFnNhL此為火車轉(zhuǎn)彎時(shí)的設(shè)計(jì)速度r思考:(1)如果v行駛v設(shè)計(jì),情況如何?(2)如果v行駛v0時(shí)：當(dāng)vv0時(shí)：輪緣不受側(cè)壓力輪緣受到外軌向內(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第5頁，共35頁。例:鐵路轉(zhuǎn)彎處的圓弧半徑是300m，軌距是1435mm。規(guī)定火車通過這里的速度是72km/h，內(nèi)外軌的高度差應(yīng)該是多大才能使外軌不受輪緣的擠壓？保持內(nèi)外軌的這個(gè)高度差，如果車的速度大于或小于72km/h，會(huì)分別發(fā)生什么現(xiàn)象？說明理由。GNhd解：火車在轉(zhuǎn)彎時(shí)所需的向心力由火車所受的重力和軌道對(duì)火車支持力的合力提供，如圖所示

3、：h是內(nèi)外軌高度差，d是軌距由于a太小，可以近似有：tga=Sina第6頁，共35頁。 背景問題2：汽車過橋黃石長(zhǎng)江大橋汽車過橋問題第7頁，共35頁。1.求汽車以速度v過半徑為r 的拱橋最高點(diǎn)時(shí)對(duì)拱橋的壓力？【解】G和N的合力提供汽車做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，由牛頓第二定律得：可見汽車的速度越大對(duì)橋的壓力越小。NG當(dāng) 時(shí)汽車對(duì)橋的壓力為零。（臨界速度）當(dāng)大于臨界時(shí)，汽車做什么運(yùn)動(dòng)？飛離橋面做平拋運(yùn)動(dòng)！由于加速度豎直向下，屬失重現(xiàn)象。m第8頁，共35頁。2.求汽車過凹形路段最低點(diǎn)時(shí)對(duì)路面的壓力？NG【解】G和N的合力提供汽車做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，由牛頓第二定律得：可見汽車的速度V越大，對(duì)橋的壓力越大。由

4、于加速度的方向豎直向上，屬超重現(xiàn)象。m第9頁，共35頁。FN=G汽車過橋問題小結(jié)第10頁，共35頁。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(yīng)是( ） A. a處 B. b處 C. c處 D. d處abcdD當(dāng)堂練習(xí)第11頁，共35頁。mgFN(1)路面水平時(shí)，轉(zhuǎn)彎所需的向心力由靜摩擦力提供，若轉(zhuǎn)彎半徑為R，路面與車輪之間的最大靜摩擦力為車重的倍，汽車轉(zhuǎn)彎的最大速度為(2)高速公路的轉(zhuǎn)彎處，公路的外沿設(shè)計(jì)的比內(nèi)沿略高，若汽車以設(shè)計(jì)速度轉(zhuǎn)彎時(shí)，汽車轉(zhuǎn)彎的向心力由重力和支持力的合力提供汽車轉(zhuǎn)彎問題第12頁，共35頁。對(duì)航天器，重力提供向心力： mg= m

5、v2/r, v=gr 對(duì)宇航員， 引力與支持力的合力提供向心力：mg-FN = mv2/r, FN=m(g-v2/r) 當(dāng)v=gr , FN=0,宇航員處于完全 失重狀態(tài) 背景問題3：宇航器中的失重現(xiàn)象2022/8/513第13頁，共35頁。在航天器中所有和重力有關(guān)的儀器都無法使用！無法用天平測(cè)量物體的質(zhì)量0彈簧測(cè)力計(jì)無法測(cè)量物體的重力，但仍能測(cè)拉力和壓力的大小14第14頁，共35頁。背景問題4 離心運(yùn)動(dòng)F=0FF 繩栓著小球在水平面做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，小球所需的向心力由形變的繩產(chǎn)生的彈力提供。若突然松手，小球?qū)⒃鯓舆\(yùn)動(dòng)？若繩的拉力F小于它做圓周運(yùn)動(dòng)的所需的向心力，小球?qū)⒃鯓舆\(yùn)動(dòng)？第15頁，共3

6、5頁。做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體，在合外力突然消失或者合外力小于向心力的遠(yuǎn)離圓心的運(yùn)動(dòng)，叫做離心運(yùn)動(dòng)。受力特點(diǎn)當(dāng)Fm2r時(shí)，物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)；當(dāng)F0時(shí)，物體沿切線方向飛出；當(dāng)Fm2r，物體逐漸向圓心靠近如圖所示第21頁，共35頁。例與練1、火車在某轉(zhuǎn)彎處的規(guī)定行駛速度為v，則下列說法正確的是（ ）A、當(dāng)以速度v通過此轉(zhuǎn)彎處時(shí)，火車受到的重力及軌道面的支持力的合力提供了轉(zhuǎn)彎的向心力B、當(dāng)以速度v通過此轉(zhuǎn)彎處時(shí)，火車受到的重力、軌道面的支持力及外軌對(duì)車輪輪緣的彈力的合力提供了轉(zhuǎn)彎的向心力C、當(dāng)火車以大于v的速度通過此轉(zhuǎn)彎處時(shí)，車輪輪緣會(huì)擠壓外軌D、當(dāng)火車以小于v的速度通過此轉(zhuǎn)彎處時(shí)，車輪輪緣會(huì)擠壓外軌

7、AC第22頁，共35頁。豎直面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)：1、繩子和光滑內(nèi)軌道等沒有物體支撐的圓周運(yùn)動(dòng)，能過最高點(diǎn)的條件：v繩rv光滑圓軌道r當(dāng) 時(shí)，繩子對(duì)球產(chǎn)生拉力（軌道對(duì)球產(chǎn)生壓力。當(dāng) 時(shí)，球恰能通過最高點(diǎn)，繩子沒有拉力，軌道沒有壓力。當(dāng) 時(shí)，球不能通過最高點(diǎn)。第23頁，共35頁。2、輕桿和光滑管道等有物體支撐的圓周運(yùn)動(dòng)，能過最高點(diǎn)的條件：當(dāng)v=0時(shí)， N=mg當(dāng) 時(shí)，N為支持力，隨v 增大而減小。當(dāng) 時(shí)，N=0。當(dāng) 時(shí)，N為拉力，隨v 的增大而增大。第24頁，共35頁。如圖所示，物體A放在粗糙板上隨板一起在豎直平面內(nèi)沿逆時(shí)針方向做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，且板始終保持水平，位置、在同一水平高度上，則( )A. 物

8、體在位置、時(shí)受到的彈力都大于重力B. 物體在位置、時(shí)受到的彈力都小于重力C. 物體在位置時(shí)受到的彈力小于重力，位置時(shí)受到的彈力都大于重力D. 物體在位置時(shí)受到的彈力大于重力，位置時(shí)受到的彈力都小于重力B例與練第25頁，共35頁。如圖所示，桿長(zhǎng)為L(zhǎng)，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(dòng)，已知在最高點(diǎn)處，桿對(duì)球的彈力大小為F=1/2mg，求這時(shí)小球的瞬時(shí)速度大小。若F向上，則 ：解析： 若F向下，則 ：例與練第26頁，共35頁。豎直面內(nèi)圓周運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用： 汽車通過拱橋和凹型地面mgNAAmgNBB第27頁，共35頁。【例】如圖5-7-11所示，質(zhì)量m=2.0104 kg的汽車以不變的速率先

9、后駛過凹形橋面和凸形橋面，兩橋面的圓弧半徑均為20 m.如果橋面承受的壓力不得超過3.0105 N，則：（1）汽車允許的最大速率是多少？（2）若以所求速度行駛，汽車對(duì)橋面的最小壓力是多少？（g取10 m/s2）第28頁，共35頁。 【例】. 如圖所示，一個(gè)人用長(zhǎng)為l=1m，只能承受Tm=46N拉力的繩子，拴著一質(zhì)量為m=1kg的小球，在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)。已知圓心O離地面高h(yuǎn)=6m，轉(zhuǎn)動(dòng)中小球在最低點(diǎn)時(shí)繩子斷了。（1）繩子斷時(shí)小球運(yùn)動(dòng)的角速度多大？（2）繩子斷后，小球落點(diǎn)到拋出點(diǎn)的水平距離是多大？hvR圓周運(yùn)動(dòng)與其它運(yùn)動(dòng)組合運(yùn)動(dòng)第29頁，共35頁。m為在水平傳送帶上被傳送的小物體(可視為質(zhì)點(diǎn)

10、)，A為終端皮帶輪，如圖所示，已知皮帶輪半徑為r，傳送帶與皮帶輪間不會(huì)打滑。當(dāng)m可被水平拋出時(shí)，A輪每秒的轉(zhuǎn)速最少是( )A例與練第30頁，共35頁。如圖所示，細(xì)繩一端系著質(zhì)量為M=0.6Kg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=0.3Kg的物體，M的中點(diǎn)與圓孔距離為0.2m ，并知M和水平面的最大靜摩擦力為2N?，F(xiàn)使此平面繞中心軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。問角速度在什么范圍內(nèi)m處于靜止?fàn)顟B(tài)？(g取10m/s2)解析：A需要的向心力由繩拉力和靜摩擦力合成角速度取最大值時(shí)，A有離心趨勢(shì)，靜摩擦力指向圓心O；角速度取最小值時(shí)，A有向心運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，靜摩擦力背離圓心O對(duì)于B，T=mg對(duì)于A，所以 第31

11、頁，共35頁。如圖所示，在質(zhì)量為M的電動(dòng)機(jī)上，裝有質(zhì)量為的偏心輪，偏心輪轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為，當(dāng)偏心輪重心在轉(zhuǎn)軸正上方時(shí)，電動(dòng)機(jī)對(duì)地面的壓力剛好為零；則偏心輪重心離轉(zhuǎn)軸的距離多大?在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，電動(dòng)機(jī)對(duì)地面的最大壓力多大?解析設(shè)偏心輪的重心距轉(zhuǎn)軸,偏心輪等效為長(zhǎng)為的細(xì)桿固定質(zhì)量為(輪的質(zhì)量)的質(zhì)點(diǎn),繞轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，輪的重心在正上方時(shí), 對(duì)電動(dòng)機(jī)：F=M 當(dāng)偏心輪的重心轉(zhuǎn)到最低點(diǎn)時(shí),電動(dòng)機(jī)對(duì)地面的壓力最大.對(duì)偏心輪有:F-mg=m2r 對(duì)電動(dòng)機(jī),設(shè)它所受支持力為N，N=F+Mg 由、解得N=2(M+m)g對(duì)偏心輪：F+mg=m2r 由得偏心輪重心到轉(zhuǎn)軸的距離為:r=(M+m)g/(m2) 第32頁，共35頁。脫離與否的臨界問題：第33頁，共35頁。第34頁，共35頁。練習(xí):如圖示，質(zhì)量為M的電動(dòng)機(jī)始終靜止于地面，其