生活中的圓周運(yùn)動(dòng)

生活中的圓周運(yùn)動(dòng)第1頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月知識(shí)回顧物體做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，受力有何共同點(diǎn)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?。篎n=mv2/r=mω2r=mr(2π/T)2＝4π2mf2r=mωv第2頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第3頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月分析做圓周運(yùn)動(dòng)的物體受力情況OmgFNFfOmgFN提供向心力受力分析FfFN+mg第4頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月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)所需的力向心力公式的理解=從“供”“需”兩方面研究做圓周運(yùn)動(dòng)的物體第5頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月實(shí)例研究1——火車轉(zhuǎn)彎第6頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

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。鐵軌與車輪之間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.25。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：Ff靜m=μmg=1.96×106NmgFNFfO“供需”不平衡，如何解決？實(shí)例研究1——火車轉(zhuǎn)彎Fn=mv2/r需要第7頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月研究與討論請(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；第8頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月外軌外輪內(nèi)輪內(nèi)軌

鐵軌(軌距)第9頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

輪緣與外軌間的相互作用力太大，鐵軌和車輪極易受損！

這種方法在實(shí)際中可取嗎？為什么？例、火車速度為30m/s，彎道的半徑R

=900m，火車的質(zhì)量m

=8×105kg，轉(zhuǎn)彎時(shí)輪緣對(duì)軌道側(cè)向的彈力多大？F

=8×105N1、內(nèi)外軌道一樣高時(shí)：F

向心力F

由外側(cè)軌道對(duì)外輪的壓力提供第10頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月當(dāng)外軌略高于內(nèi)軌時(shí)火車受力垂直軌道面的支持力NN火車向心力的來(lái)源由G和N的合力提供hqG豎直向下的重力G2、最佳方案：墊高外軌可增加較多的向心力第11頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月彎道的圓心在哪兒？NhFqG==NhqGO1O2第12頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月NhF如圖，斜面軌道傾角為θ，轉(zhuǎn)彎半徑R，要使車輪對(duì)內(nèi)外軌都無(wú)壓力,質(zhì)量為m的火車運(yùn)行的速率應(yīng)該多大?火車拐彎應(yīng)以規(guī)定速度行駛G第13頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月火車行駛速率v>v規(guī)定當(dāng)火車行駛速率v>v規(guī)定時(shí)

當(dāng)火車行駛速率v<v規(guī)定時(shí)GNN′火車行駛速率v<v規(guī)定GNN′外軌對(duì)輪緣有側(cè)壓力內(nèi)軌對(duì)輪緣有側(cè)壓力第14頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月列車速度過(guò)快，造成翻車事故第15頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

例1、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(guò)彎道時(shí)僅受重力與軌道的支持力，軌道應(yīng)該墊的高度h？（θ較小時(shí)tanθ=sinθ）FNmgFθh由力的關(guān)系得：由向心力公式得：由幾何關(guān)系得：解：=0.14m第16頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月賽道的設(shè)計(jì)第17頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月實(shí)例研究2——過(guò)拱橋第18頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第19頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月實(shí)例研究2——過(guò)拱橋1、汽車過(guò)拱橋是豎直面內(nèi)圓周運(yùn)動(dòng)的典型代表2、研究方法與水平面內(nèi)圓周運(yùn)動(dòng)相同第20頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月vFNG

FN>G，即汽車對(duì)橋的壓力大于其所受重力，處于超重狀態(tài)。

2、汽車過(guò)凹橋，在最低點(diǎn)時(shí)，車對(duì)凹橋的壓力怎樣？

1、汽車靜止在橋上與通過(guò)橋時(shí)的狀態(tài)是否相同？第21頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月vGFN

FN<G即汽車對(duì)橋的壓力小于其所受重力，處于失重狀態(tài)。

3、汽車過(guò)凸橋時(shí)，在最高點(diǎn)時(shí)，車對(duì)凸橋的壓力又怎樣？第22頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月當(dāng)汽車行駛速度越大，汽車對(duì)橋面的壓力越小。當(dāng)時(shí)，壓力FN為零。處于完全失重狀態(tài)。

4、若汽車的運(yùn)動(dòng)速度變大，壓力如何變化？汽車離開橋面做平拋運(yùn)動(dòng)第23頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月思考與討論：

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。地面上有一輛汽車在行駛。根據(jù)上面的分析，汽車速度越大，地面對(duì)它的支持力就越小。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？……第24頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月為了全人類的和平進(jìn)步，中國(guó)人來(lái)到太空了!第25頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第26頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、航天器中的失重現(xiàn)象1.航天器中物體的向心力向心力由物體的重力G和航天器的支持力提供，即G-FN=m(v2/R).2.當(dāng)航天器的速度v=時(shí)，F(xiàn)N=0，此時(shí)航天器及其內(nèi)部物體均處于__________狀態(tài).完全失重3.任何關(guān)閉了發(fā)動(dòng)機(jī)又不受阻力的飛行器中，都是一個(gè)____________的環(huán)境.注意：把航天器失重的原因說(shuō)成是它離地球太遠(yuǎn)，從而擺脫了地球引力，是完全錯(cuò)誤的.完全失重第27頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月四、離心運(yùn)動(dòng)思考問(wèn)題？F合

=F向心力做什么運(yùn)動(dòng)？F合

=0

做什么運(yùn)動(dòng)？F合

＜F向心力做什么運(yùn)動(dòng)？F合

＞F向心力做什么運(yùn)動(dòng)？圓周近心切線遠(yuǎn)離1.離心運(yùn)動(dòng)的實(shí)質(zhì)離心運(yùn)動(dòng)實(shí)質(zhì)是物體慣性的表現(xiàn).做圓周運(yùn)動(dòng)的物體,總有沿著圓周切線飛出去的趨向,之所以沒(méi)有飛出去,是因?yàn)槭艿较蛐牧ψ饔玫木壒?從某種意義上說(shuō),向心力的作用是不斷地把物體從圓周運(yùn)動(dòng)的切線方向拉到圓周上來(lái).一旦作為向心力的合外力突然消失或不足以提供向心力,物體就會(huì)發(fā)生離心運(yùn)動(dòng).第28頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、定義：做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體，在向心力突然消失或合力不足以提供所需的向心力時(shí)，物體____________或做______________的運(yùn)動(dòng).3、物體作離心運(yùn)動(dòng)的條件：沿切線飛出逐漸遠(yuǎn)離圓心特別提醒1.離心運(yùn)動(dòng)并不是受到離心力的作用產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng).2.離心運(yùn)動(dòng)并不是沿半徑方向向外遠(yuǎn)離圓心的運(yùn)動(dòng).第29頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月離心運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用1、離心干燥器2、洗衣機(jī)脫水桶第30頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3、用離心機(jī)把體溫計(jì)的水銀柱甩回下面的液泡內(nèi)離心運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用4、制作“棉花”糖第31頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月離心運(yùn)動(dòng)的防止1、在水平公路上行駛的汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)限速行駛2、高速轉(zhuǎn)動(dòng)的砂輪、飛輪等如何防止離心現(xiàn)象發(fā)生？靜摩擦力提供汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)的向心力第32頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月課堂練習(xí)1、質(zhì)量m=100t的火車在軌道上行駛,火車內(nèi)外軌連線與水平面夾角為370

，彎道半徑R=30m。（南）(1)當(dāng)火車的速度v1=10m/s時(shí),軌道何處受側(cè)壓力?方向如何?（中）(2)當(dāng)火車的速度v2=15m/s時(shí),軌道何處受側(cè)壓力?方向如何?（北）(3)當(dāng)火車的速度v3=20m/s時(shí),軌道何處受側(cè)壓力?方向如何?第33頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月課堂練習(xí)2、一輛質(zhì)量m=2.0t的小轎車，駛過(guò)半徑R=100m的一段圓弧形橋面。（南）(1)若橋面為凹形，汽車以20m/s通過(guò)橋面最低點(diǎn)時(shí)，對(duì)橋面的壓力是多大？（中）(2)若橋面為凸形，汽車以10m/s通過(guò)橋面最高點(diǎn)時(shí)，對(duì)橋面的壓力是多大？（北）(3)汽車以多大速度通過(guò)凸形橋面頂點(diǎn)時(shí)，對(duì)橋面剛好沒(méi)有壓力？第34頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月開放設(shè)計(jì)一高速公路設(shè)計(jì)運(yùn)行時(shí)速為108km/h，其中一轉(zhuǎn)彎處設(shè)計(jì)圓弧半徑為300m。已知汽車輪胎與地面的最大靜摩擦因數(shù)為0.25，請(qǐng)你為該處路面提供設(shè)計(jì)方案。第35頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月5-8

生活中的圓周運(yùn)動(dòng)一、鐵路的彎道：

1、水平軌道：彈力提供向心力

2、斜面軌道：重力與支持力的合力提供向心力二、拱形橋：

1、凹形橋：