生活中的圓周運(yùn)動(dòng)

專題5.7生活中的圓周運(yùn)動(dòng)第五章曲線運(yùn)動(dòng)高一物理課件精選（人教版必修2)鐵路的彎道F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、內(nèi)外軌道一樣高時(shí)外軌對(duì)輪緣的彈力F提供向心力。外軌內(nèi)軌思考:怎樣才能使輪緣跟鐵軌不相互擠壓，又能產(chǎn)生使火車轉(zhuǎn)彎所需的向心力呢?外軌內(nèi)軌鐵路的彎道FNG2、外軌高于內(nèi)軌時(shí)重力G和支持力FN的合力F合提供一部分向心力。如果外軌超出內(nèi)軌的高度適當(dāng)，可以使重力G與支持力FN的合力F合剛好等于火車轉(zhuǎn)彎所需要的向心力。這時(shí)，與輪緣不相互擠壓。GFNαF合α例1、鐵路轉(zhuǎn)彎處的圓弧半徑是200m，規(guī)定火車通過(guò)這里的速度是72km/h，軌道面與水平面之間的夾角應(yīng)該為多大才能使軌道不受輪緣的擠壓？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：GFNαF合α鐵路的彎道鐵路的彎道例1、鐵路轉(zhuǎn)彎處的圓弧半徑是200m，規(guī)定火車通過(guò)這里的速度是72km/h，軌道面與水平面之間的夾角應(yīng)該為多大才能使軌道不受輪緣的擠壓？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(shuō)明理由。解：如果車的速度大于72km/h火車在轉(zhuǎn)彎時(shí)所需的向心力大于重力和支持力的合力，火車將擠壓外軌，外軌的彈力、重力和支持力的合力提供向心力。GFNαF外鐵路的彎道汽車轉(zhuǎn)彎汽車轉(zhuǎn)彎例2、一輛汽車m=2.0×103kg在水平公路上行駛，經(jīng)過(guò)半徑r=50m的彎道時(shí)，如果車速度v=72km/h，這輛汽車會(huì)不會(huì)發(fā)生事故？已知輪胎與路面間的最大靜摩擦力fm=0.9×104N。解：這輛汽車經(jīng)過(guò)彎路時(shí)所需向心力據(jù)題意，最大靜摩擦力只為0.9×104N，所以汽車會(huì)發(fā)生事故。f例2、一輛汽車m=2.0×103kg在水平公路上行駛，經(jīng)過(guò)半徑r=50m的彎道時(shí)，已知輪胎與路面間的最大靜摩擦力fm=0.9×104N，求這輛汽車安全通過(guò)彎道的最大速度？解：這輛汽車經(jīng)過(guò)彎路時(shí)路面所能提供的最大向心力汽車轉(zhuǎn)彎汽車轉(zhuǎn)彎在汽車賽道上為使汽車能以最快的速度安全通過(guò)彎道,賽道的彎道應(yīng)該如何修筑?GFNF合拱型橋例:質(zhì)量為m的汽車以恒定的速率v通過(guò)半徑為r的拱橋，如圖所示，求汽車在橋頂時(shí)對(duì)路面的壓力是多大？汽車過(guò)拱形橋時(shí)的運(yùn)動(dòng)也可看做圓周運(yùn)動(dòng)。質(zhì)量為m的汽車在拱形橋上以速度v前進(jìn)，若橋面的圓弧半徑為R時(shí)，汽車通過(guò)橋的最高點(diǎn)時(shí)對(duì)橋的壓力？GFN當(dāng)汽車的速度不斷增大時(shí)，會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象？拱型橋凹形橋汽車過(guò)拱形橋時(shí)的運(yùn)動(dòng)也可看做圓周運(yùn)動(dòng)。質(zhì)量為m的汽車在凹形橋上以速度v前進(jìn)，若橋面的圓弧半徑為R時(shí)，汽車通過(guò)橋的最低點(diǎn)時(shí)對(duì)橋的壓力？GFN注意：汽車過(guò)凹形橋的速度不宜過(guò)大,否則FN’過(guò)大,汽車可能壓壞

凹型橋或者爆胎。比較三種橋面受力的情況N=G比較三種橋面受力的情況拱型橋：凹型橋：無(wú)論過(guò)拱型橋還是凹型橋，都應(yīng)當(dāng)減速行駛。思維拓展汽車速度增大航天器中的失重現(xiàn)象GFN航天員處于失重狀態(tài)航天員處于完全失重狀態(tài)當(dāng)時(shí)0=NF向心、圓周、離心運(yùn)動(dòng)供提供物體做圓周運(yùn)動(dòng)的力需物體做圓周運(yùn)動(dòng)所需的力勻速圓周運(yùn)動(dòng)離心運(yùn)動(dòng)向心運(yùn)動(dòng)“供”“需”是否平衡決定物體做何種運(yùn)動(dòng)離心運(yùn)動(dòng)應(yīng)用1、離心干燥器的金屬網(wǎng)籠利用離心運(yùn)動(dòng)把附著在物體上的水分甩掉的裝置解釋：oF<mrω2Fν當(dāng)網(wǎng)籠轉(zhuǎn)得比較慢時(shí)，水滴跟物體的附著力F足以提供所需的向心力F使水滴做圓周運(yùn)動(dòng)。當(dāng)網(wǎng)籠轉(zhuǎn)得比較快時(shí)，附著力F不足以提供所需的向心力F，于是水滴做離心運(yùn)動(dòng)，穿過(guò)網(wǎng)孔，飛到網(wǎng)籠外面。離心運(yùn)動(dòng)應(yīng)用2、洗衣機(jī)的脫水筒3、用離心機(jī)把體溫計(jì)的水銀柱甩回玻璃泡內(nèi)當(dāng)離心機(jī)轉(zhuǎn)得比較慢時(shí)，縮口的阻力F足以提供所需的向心力，縮口上方的水銀柱做圓周運(yùn)動(dòng)。當(dāng)離心機(jī)轉(zhuǎn)得相當(dāng)快時(shí)，阻力F不足以提供所需的向心力，水銀柱做離心運(yùn)動(dòng)而進(jìn)入玻璃泡內(nèi)。離心運(yùn)動(dòng)應(yīng)用4、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。要使原來(lái)作圓周運(yùn)動(dòng)的物體作離心運(yùn)動(dòng)，該怎么辦？問(wèn)題：A、提高轉(zhuǎn)速，使所需向心力增大到大于物體所受合外力。向心力向心力生活中有很多運(yùn)動(dòng)都可以看作圓周運(yùn)動(dòng)，解決這類問(wèn)題的關(guān)鍵就是（1）明確對(duì)象，找出圓周平面，確定圓心和半徑；（2）進(jìn)行受力分析，畫(huà)出受力分析圖;（3）求出在半徑方向的合力，即向心力；（4）用牛頓第二定律結(jié)合勻速圓周

運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)列方程求解。處理圓周運(yùn)動(dòng)問(wèn)題的一般步驟：選準(zhǔn)研究對(duì)象進(jìn)行受力分析。鞏固練習(xí)C、作勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體，它自己會(huì)產(chǎn)生一個(gè)向心力，維持其作圓周運(yùn)動(dòng)A、作勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體，在所受合外力突然消失時(shí)，將沿圓周半徑方向離開(kāi)圓心B、作勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體，在所受合外力突然消失時(shí)，將沿圓周切線方向離開(kāi)圓心D、作離心運(yùn)動(dòng)的物體，是因?yàn)槭艿诫x心力作用的緣故1、下列說(shuō)法正確的是()B鞏固練習(xí)２、為了防止汽車在水平路面上轉(zhuǎn)彎時(shí)出現(xiàn)“打滑”的現(xiàn)象，可以：()a、增大汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)的速度b、減小汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)的速度c、增大汽車與路面間的摩擦d、減小汽車與路面間的摩擦A、a、bB、a、cC、b、dD、b、c3、下列說(shuō)法中錯(cuò)誤的有：（）A、提高洗衣機(jī)脫水筒的轉(zhuǎn)速，可以使衣服甩得更干B、轉(zhuǎn)動(dòng)帶有雨水的雨傘，水滴將沿圓周半徑方向離開(kāi)圓心C、為了防止發(fā)生事故，高速轉(zhuǎn)動(dòng)的砂輪、飛輪等不能超過(guò)允許的最大轉(zhuǎn)速D、離心水泵利用了離心運(yùn)動(dòng)的原理DB豎直平面內(nèi)圓周運(yùn)動(dòng)問(wèn)題GFN小球運(yùn)動(dòng)在圓形軌道最高點(diǎn)時(shí)當(dāng)時(shí)最小向心運(yùn)動(dòng)若時(shí)，小球?qū)⒆鍪裁催\(yùn)動(dòng)？1、物體沿圓的內(nèi)軌道運(yùn)動(dòng)豎直平面內(nèi)圓周運(yùn)動(dòng)問(wèn)題GFN小球運(yùn)動(dòng)在圓形軌道最低點(diǎn)時(shí)，向心力由什么力提供1、物體沿圓的內(nèi)軌道運(yùn)動(dòng)例題例、質(zhì)量為1kg的小球沿半徑為40cm的圓環(huán)在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)，如圖所示，求（1）小球在圓環(huán)的最高點(diǎn)A不掉下來(lái)的最小速度是多少？此時(shí)小球的向心加速度是多少？GFN解：小球在最高點(diǎn)時(shí)受力如圖：當(dāng)時(shí)最小最小，因此時(shí)所以例題（2）若小球以此的速度經(jīng)過(guò)圓環(huán)的最高點(diǎn)后繼續(xù)沿圓周運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)B，求在最低點(diǎn)B時(shí)對(duì)圓環(huán)的壓力是多少？例、質(zhì)量為1kg的小球沿半徑為40cm的圓環(huán)在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)，如圖所示，求（1）小球在圓環(huán)的最高點(diǎn)A不掉下來(lái)的最小速度是多少？此時(shí)小球的向心加速度是多少？GFN例題雜技演員表演“水流星”節(jié)目，我們發(fā)現(xiàn)不管演員怎樣掄，水都不會(huì)從杯里灑出，甚至杯子在豎直面內(nèi)運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)時(shí)，已經(jīng)杯口朝下，水也不會(huì)從杯子里灑出。這是為什么？GFN當(dāng)時(shí)最小雜技演員表演“水流星”節(jié)目，我們發(fā)現(xiàn)不管演員怎樣掄，水都不會(huì)從杯里灑出，甚至杯子在豎直面內(nèi)運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)時(shí)，已經(jīng)杯口朝下，水也不會(huì)從杯子里灑出。這是為什么？GFN當(dāng)時(shí)最小豎直平面內(nèi)圓周運(yùn)動(dòng)問(wèn)題雜技演員表演“水流星”節(jié)目，我們發(fā)現(xiàn)不管演員怎樣掄，水都不會(huì)從杯里灑出，甚至杯子在豎直面內(nèi)運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)時(shí)，已經(jīng)杯口朝下，水也不會(huì)從杯子里灑出。這是為什么？①

當(dāng)時(shí)，F(xiàn)Ｎ＝０，水在杯中剛好不流出，此時(shí)水作圓周運(yùn)動(dòng)所需向心力剛好完全由重力提供，此為臨界條件。②

當(dāng)時(shí)，F(xiàn)Ｎ>０，杯底對(duì)水有一向下的力的作用，此時(shí)水作圓周運(yùn)動(dòng)所需向心力由Ｎ和重力Ｇ的合力提供。③當(dāng)時(shí)，F(xiàn)Ｎ<０，實(shí)際情況杯底不可能給水向上的力，所以，此時(shí)水將會(huì)流出杯子。豎直平面內(nèi)圓周運(yùn)動(dòng)問(wèn)題例、用細(xì)繩栓著質(zhì)量為m的物體,在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng),則下列說(shuō)法正確的是:A.小球過(guò)最高點(diǎn)時(shí),繩子的張力可以為零B.小球過(guò)最高點(diǎn)時(shí)的最小速度為零C.小球剛好過(guò)最高點(diǎn)是的最小速度是D.小球過(guò)最高點(diǎn)時(shí),繩子對(duì)小球的作用力可以與球所受的重力方向相反TmgO2、細(xì)線連接物體在豎直面上做圓周運(yùn)動(dòng)當(dāng)時(shí)最小最小豎直平面內(nèi)圓周運(yùn)動(dòng)問(wèn)題如圖為過(guò)山車軌道模型，若要使小球能安全通過(guò)圓形軌道，圓形軌道的半徑為r,不計(jì)一切摩擦與阻力。小球至少?gòu)亩喔咛幱伸o止釋放？rH豎直平面內(nèi)圓周運(yùn)動(dòng)問(wèn)題過(guò)最高點(diǎn)的最小速度是多大?V=0當(dāng)時(shí)GFN當(dāng)時(shí)GFN桿對(duì)小球有向下的拉力。桿對(duì)小球有向上的支持力。當(dāng)時(shí)3、細(xì)桿連接物體在豎直面上做圓周運(yùn)動(dòng)豎直平面內(nèi)圓周運(yùn)動(dòng)問(wèn)題豎直平面內(nèi)圓周運(yùn)動(dòng)問(wèn)題例、用一輕桿栓著質(zhì)量為m的物體,在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng),則下列說(shuō)法正確的是: