生活中的圓周運(yùn)動(dòng)好課件

7生活中的圓周運(yùn)動(dòng)

高一物理組2014、3、11學(xué)習(xí)基礎(chǔ)物體要受到指向圓心的向心力向心力的特點(diǎn)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(pán)滾筒經(jīng)典模型三維設(shè)計(jì)P19汽車轉(zhuǎn)彎OmgFNFf提供向心力受力分析FfFf練習(xí)：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(lái)看，汽車此時(shí)正在(B)

A．直線前進(jìn)

B．向右轉(zhuǎn)彎C．向左轉(zhuǎn)彎

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

火車在平直軌道上勻速行駛時(shí)，所受的合力等于0，那么當(dāng)火車轉(zhuǎn)彎時(shí)，我們說(shuō)它做圓周運(yùn)動(dòng)，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(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)方案讓火車沿軌道安全通過(guò)彎道？實(shí)際火車與軌道設(shè)計(jì)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(shí)FNFGa：此時(shí)火車受三個(gè)力：重力、支持力、外軌對(duì)輪緣的彈力。b：外軌對(duì)輪緣的彈力F提供向心力。2、最佳方案

火車轉(zhuǎn)彎時(shí)，外軌道應(yīng)該適當(dāng)墊高.目的使火車通過(guò)彎道時(shí)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(gè)速度。對(duì)實(shí)際問(wèn)題進(jìn)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(shí)的線速度的表達(dá)式是什么？思考：火車實(shí)際的速度大于或小于此速度會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？θθ向心力NG當(dāng)v=v0時(shí)：當(dāng)v>v0時(shí)：當(dāng)v<v0時(shí)：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(shè)計(jì)速度不同會(huì)怎樣？速度過(guò)大時(shí)(2)過(guò)小時(shí)FNGF列車速度過(guò)快，造成翻車事故汽車賽道的設(shè)計(jì)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(wèn)題3：汽車過(guò)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(guò)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(guò)凸形橋取向心加速度方向?yàn)檎较蛩伎寂c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(duì)橋的壓力越小。試分析一下，當(dāng)汽車的速度不斷增大時(shí)，會(huì)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(shí)，F(xiàn)壓減小，當(dāng)時(shí)，F(xiàn)壓=0；當(dāng)時(shí)，汽車將脫離橋面，發(fā)生危險(xiǎn)。思考與討論請(qǐng)你根據(jù)上面分析汽車通過(guò)凸形橋的思路，分析一下汽車通過(guò)凹形橋最低點(diǎn)時(shí)對(duì)橋的壓力。這時(shí)的壓力比汽車的重量大還是小？

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(guò)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(guò)橋面最低點(diǎn)時(shí)，對(duì)橋面壓力是多大？（2）若橋面為凸形，汽車以的速度通過(guò)橋面最高點(diǎn)時(shí)，對(duì)橋面壓力是多大？（3）汽車以多大速度通過(guò)凸形橋面的頂點(diǎn)時(shí)，對(duì)橋面剛好沒(méi)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(yīng)是()

A.a處

B.b處

C.c處

D.d處生活中的圓周運(yùn)動(dòng)

◆圓周運(yùn)動(dòng)(Circularmotion)abcdD可能飛離路面的地段應(yīng)是？當(dāng)堂練習(xí)思考與討論：

地球可以看做一個(gè)巨大的拱形橋，橋面的半徑就是地球的半徑。會(huì)不會(huì)出現(xiàn)這樣的情況：速度大到一定程度時(shí)，地面對(duì)車的支持力是零？這時(shí)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(shè)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(yùn)動(dòng)，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?cè)诘孛嫔系闹亓g．試求座艙對(duì)宇航員的支持力為零時(shí)飛船的速度多大?通過(guò)求解，你可以判斷此時(shí)的宇航員處于什么狀態(tài)（超重或失重）。對(duì)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(shí)人對(duì)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(yùn)動(dòng)離心運(yùn)動(dòng)4供提供物體做圓周運(yùn)動(dòng)的力需物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)所需的力學(xué)法指導(dǎo)：向心力公式的再理解F“供需”平衡物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)提供物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的力物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)所需的力=從“供”“需”兩方面研究做圓周運(yùn)動(dòng)的物體離心拋擲離心脫水離心分離離心甩干●離心運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用用離心機(jī)把體溫計(jì)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(jī)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(yùn)動(dòng)，從內(nèi)筒壁的小孔飛散出去，成為絲狀到達(dá)溫度較低的外筒，并迅速冷卻凝固，變得纖細(xì)雪白，像一團(tuán)團(tuán)棉花。OF靜vOFv4.離心運(yùn)動(dòng)的防止2、防止：汽車轉(zhuǎn)彎，高速砂輪限速等4.離心運(yùn)動(dòng)的防止：1）在水平公路上行駛的汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)υF<mυr2F汽車

在水平公路上行駛的汽車，轉(zhuǎn)彎時(shí)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(shí)速度過(guò)大，所需向心力F大于最大靜摩擦力Fmax，汽車將做離心運(yùn)動(dòng)而造成交通事故。因此，在公路彎道處，車輛行駛不允許超過(guò)規(guī)定的速度。2）高速轉(zhuǎn)動(dòng)的砂輪、飛輪等此地不宜居住嗎？中央電視臺(tái)《今日說(shuō)法》欄目最近報(bào)道了一起發(fā)生在湖南長(zhǎng)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(gè)月內(nèi)連續(xù)遭遇了七次大卡車側(cè)翻在自家門(mén)口的場(chǎng)面，第八次有輛卡車沖撞進(jìn)李先生家，造成三死一傷和房屋嚴(yán)重?fù)p毀的血腥慘案．當(dāng)?shù)鼐用裾J(rèn)為是風(fēng)水問(wèn)題，你相信嗎？經(jīng)公安部門(mén)和交通部門(mén)協(xié)力調(diào)查，畫(huà)出的現(xiàn)場(chǎng)示意圖如圖所示．：公路在設(shè)計(jì)上內(nèi)（東）高外（西）低向心、圓周、離心運(yùn)動(dòng)“供”“需”是否平衡決定物體做何種運(yùn)動(dòng)供提供物體做圓周運(yùn)動(dòng)的力需物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)所需的力Fn=圓周運(yùn)動(dòng)Fn<離心運(yùn)動(dòng)Fn>向心運(yùn)動(dòng)小結(jié):二.拱形橋1.汽車過(guò)拱形橋時(shí),對(duì)橋面的壓力與重力比較2.圓周運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)向心力四.離心運(yùn)動(dòng)1.離心現(xiàn)象的分析與討論．2.離心運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用和防止．課堂小結(jié)火車轉(zhuǎn)彎規(guī)定:v過(guò)大時(shí):外側(cè)軌道與輪之間有彈力v過(guò)小時(shí):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(lái)源:A外軌高于內(nèi)軌時(shí),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(yùn)行速度的條件限制.處理圓周運(yùn)動(dòng)問(wèn)題的基本思路：1）找到圓周運(yùn)動(dòng)的圓平面，確定圓心找到半徑2）受力分析，找到向心力的來(lái)源；3）利用向心力公式Fn=man列方程求解實(shí)質(zhì)是牛頓第二定律在圓周運(yùn)動(dòng)中的應(yīng)用只不過(guò)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(yùn)動(dòng)1、桿模型2、繩模型3、軌道模型4、連接體問(wèn)題5、臨界問(wèn)題學(xué)習(xí)基礎(chǔ)：研究圓周運(yùn)動(dòng)的要點(diǎn)從“供”“需”兩方面來(lái)進(jìn)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(yùn)動(dòng)“供”“需”不平衡做離心運(yùn)動(dòng)或向心運(yùn)動(dòng)引入：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)小球的即時(shí)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(guò)最高點(diǎn)的臨界條件：當(dāng)速度V>時(shí),桿兒對(duì)小球是拉力.當(dāng)速度V<時(shí),桿兒對(duì)小球是支持力.當(dāng)速度V=時(shí),桿兒對(duì)小球無(wú)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(yùn)動(dòng)．圓半徑為R，小球經(jīng)過(guò)圓環(huán)最高點(diǎn)時(shí)剛好不脫離圓軌．則其通過(guò)最高點(diǎn)時(shí)（

）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(jì)的細(xì)桿的一端固定著一個(gè)質(zhì)量為m的小球，另一端能繞光滑的水平軸O轉(zhuǎn)動(dòng)。讓小球在豎直平面內(nèi)繞軸O做半徑為的圓周運(yùn)動(dòng)，小球通過(guò)最高點(diǎn)時(shí)的線速度大小為v。下列說(shuō)法中正確的是()

A、v不能小于B、v＝時(shí)，小球與細(xì)桿之間無(wú)彈力作用時(shí)，小球與細(xì)桿之間的彈力隨v增大而增大C、v大于時(shí)，小球與細(xì)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(yùn)動(dòng)

繩和內(nèi)軌模型：mgFNv

繩桿圓管

m的受力情況

最高點(diǎn)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(yùn)動(dòng)AOmBL如圖所示，光滑圓盤(pán)中心有一個(gè)小孔，用細(xì)繩穿過(guò)小孔，兩端各系一小球AB，AB等質(zhì)量，盤(pán)上的小球A做半徑為r=20cm的勻速圓周運(yùn)動(dòng)，要保持B球靜止，A球的角速度多大？ω=？FmgF解：對(duì)A，由牛頓第二定律，得

F=mω2r…………①

對(duì)B，

F=mg

………②①②聯(lián)立解得ω==(Rad/s)r=0.2連接體問(wèn)題細(xì)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(guò)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(dòng),問(wèn)ω在什么范圍內(nèi)m會(huì)處于靜止?fàn)顟B(tài)

ω１=？FmgF解：研A即將向圓心滑動(dòng)狀態(tài)，據(jù)牛二律

F－ｆ=

隔離B，

F=mg

………②r=0.2三圓周運(yùn)動(dòng)2-圓周運(yùn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)----連接體問(wèn)題Mga1Nf………①①②聯(lián)得研A即將背離圓心滑動(dòng)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(gè)物體，用細(xì)繩懸著，跨過(guò)固定在圓盤(pán)中央光滑的定滑輪，物體A據(jù)轉(zhuǎn)盤(pán)中心R,與轉(zhuǎn)盤(pán)的最大靜摩擦因數(shù)為μ（<1），為使A相對(duì)于轉(zhuǎn)盤(pán)靜止，則轉(zhuǎn)盤(pán)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(pán)不轉(zhuǎn)即ω=0物體A