3圆周运动的实例分析上课用

1、2.32.3、圆周运动的实例分析、圆周运动的实例分析（二）（二）高一物理备课组：向凌峰高一物理备课组：向凌峰 20132013年年7 7月月2525日公布的视频，西班牙加利西亚自治区首府圣日公布的视频，西班牙加利西亚自治区首府圣地亚哥德孔波斯特拉附近发生火车脱轨事故，已致地亚哥德孔波斯特拉附近发生火车脱轨事故，已致8080人死亡。人死亡。 思考：思考：l 在平直轨道上匀速在平直轨道上匀速行驶的火车，火车受行驶的火车，火车受到几个力的作用，这到几个力的作用，这几个力的关系如何？几个力的关系如何？火车拐弯时情况会有火车拐弯时情况会有何不同？何不同？l 火车转弯时是在做火车转弯时是在做圆周运动，那么

2、是什圆周运动，那么是什么力提供向心力？么力提供向心力？ 车轮结构火车车轮有突出的轮缘火车车轮有突出的轮缘GF外轨对轮缘的弹力提供向心力外轨对轮缘的弹力提供向心力 靠这种办靠这种办法得到的向法得到的向心力缺点是心力缺点是什么？如何什么？如何解决这一实解决这一实际问题际问题? ?RvmFn20N内外轨道等高时内外轨道等高时 观察火车实际拐弯观察火车实际拐弯时的轨道，内外轨时时的轨道，内外轨时等高的吗？为什么这等高的吗？为什么这样设计？有什么好处？样设计？有什么好处？mgmgN NF F合合o1 实例实例火车转弯火车转弯: :铁路转弯处的圆弧半径是铁路转弯处的圆弧半径是300m,300m,轨距是轨距

3、是1435mm1435mm。规定火车通过这里的速度是。规定火车通过这里的速度是72km/h,72km/h,内外轨的高度差应该是多大才能使内外内外轨的高度差应该是多大才能使内外轨不受轮缘的挤压？轨不受轮缘的挤压？解解:火车在转弯时所需的向心力由火车所受的重火车在转弯时所需的向心力由火车所受的重力和轨道对火车支持力的合力提供力和轨道对火车支持力的合力提供,如图所示如图所示h h是内外轨高度差是内外轨高度差,d,d是轨距是轨距RvmFn20由于由于a a太小太小, ,可以近似有：可以近似有：tanaSinatanaSinadhgRvdh20合FFngRv20tantanmgF 合Rgdvh20 思考

4、：思考： 如果保持内外轨的这个高度差如果保持内外轨的这个高度差, , 车的速度大车的速度大于或小于于或小于72km/h,72km/h,会分别发生什么现象？说明理会分别发生什么现象？说明理由。由。解解:火车在转弯时所需的向心力由火车所受的重火车在转弯时所需的向心力由火车所受的重力和轨道对火车支持力的合力提供力和轨道对火车支持力的合力提供,如图所示如图所示h h是内外轨高度差是内外轨高度差,d,d是轨距是轨距RvmFn20由于由于a a太小太小, ,可以近似有：可以近似有：tanaSinatanaSinadhgRvdh20合FFngRv20tantanmgF 合dghRv0dghRv0当轨道建成后

5、当轨道建成后,h.d.R,h.d.R都是定都是定值值,V,V0 0也是定值也是定值. .那么所需的那么所需的向心力向心力 也是定值也是定值. .RvmF20需 (1) (1)当火车以理想速度当火车以理想速度V V0 0转弯时转弯时, ,支持力和重力的支持力和重力的F F合合( (即所提即所提供的向心力供的向心力) = F) = F需需, ,这时轮缘与内外轨这时轮缘与内外轨( (均无挤压均无挤压) )间都没有侧间都没有侧压力压力. . (2) (2)当火车转弯速度当火车转弯速度VVVV0 0时时, ,这时支持力这时支持力, ,重力的重力的F F合合( (即所提即所提供的向心力供的向心力) )不足

6、够提供所需向心力不足够提供所需向心力, ,这时这时外轨的内侧对外轮轮外轨的内侧对外轮轮缘有侧压力缘有侧压力( (向内向内) ), ,以弥补所需向心力的不足以弥补所需向心力的不足. . (3) (3)当火车转弯速度当火车转弯速度VVVV0 0时时, ,这时支持力这时支持力, ,重力的重力的F F合合( (即所提供即所提供的向心力的向心力) )大于所需向心力大于所需向心力, ,这时这时内轨的外侧对内轮轮缘有侧压力内轨的外侧对内轮轮缘有侧压力( (向外向外),),以抵消所提供向心力以抵消所提供向心力F F合合过大的部分过大的部分 如果所需的如果所需的向心力大于向心力大于最大静摩擦最大静摩擦力会发生什

7、力会发生什么现象呢么现象呢? ?四、离心运动四、离心运动: 链球为什么做圆链球为什么做圆周运动周运动? ? 做圆周运动做圆周运动链球链球一旦失去向心力作用一旦失去向心力作用, ,它会怎样运动？它会怎样运动？ 如果如果链球链球受的合受的合力不足以提供向心力，力不足以提供向心力，它会怎样运动？它会怎样运动？2008年北京奥运会我国年北京奥运会我国的著名女链球运动员顾的著名女链球运动员顾原在奥运动中取得佳绩。原在奥运动中取得佳绩。R RF F合合 = 0= 02rvmF合= =F F供供= =F F需需?F合合2rvm （1 1）当）当F F供供= =F F需需时，即时，即 时，物体作匀速圆周运动；

8、时，物体作匀速圆周运动；2rvmF合F F供供F F需需2rvmF ?rvmF2合 （2 2）当）当F F供供F F需需时，时，即即 时，物时，物体作离心运动；体作离心运动； F F合合=0=0时时, ,物体物体沿切线方向飞出沿切线方向飞出. . （3 3）当）当F F供供F F需需时，时，即即 时，物时，物体作向心运动；体作向心运动；rvmF2合1.1.定义定义: : 在做圆周运动时在做圆周运动时, ,由于合外力提供由于合外力提供的向心力消失或不足的向心力消失或不足, ,以致物体沿圆周运动以致物体沿圆周运动的切线方向飞出或远离圆心而去的运动叫的切线方向飞出或远离圆心而去的运动叫离心运动离心运

9、动. .2.2.离心运动是物体逐渐远离圆心的的一种离心运动是物体逐渐远离圆心的的一种物理现象物理现象. .不是沿着半径背离圆心的运动不是沿着半径背离圆心的运动. .3 3. .离心的条件：离心的条件： 做匀速圆周运动的物体合外做匀速圆周运动的物体合外力消失或不足以提供所需的向心力力消失或不足以提供所需的向心力 4 4. .离心运动的本质：离心运动的本质：是物体惯性的表现是物体惯性的表现. .R RF F合合 = 0= 02rvmF合2rvmF合2rvmF合 时时, ,物体物体作匀速圆周运动；作匀速圆周运动；rvmF2. 5合6.6.做匀速圆周运动的物做匀速圆周运动的物体体, ,当当F F合合消

10、失时消失时, ,物体以物体以这一时刻的线速度沿切这一时刻的线速度沿切线方向飞出线方向飞出. .7.7.做匀速圆周运动的物体做匀速圆周运动的物体, ,当当F F合合不足以提供所需向心力时不足以提供所需向心力时, ,物体将沿圆周切线和物体将沿圆周切线和圆周之间的某条曲线运动（半径越来越大的运动）圆周之间的某条曲线运动（半径越来越大的运动）. .8.8.离心运动的物体不存在所谓的离心运动的物体不存在所谓的“离心力离心力”作用，作用，因因为没有任何物体提供这种力为没有任何物体提供这种力 。R RF F合合 = 0= 02rvmF合= =F F供供= =F F需需?F合合2rvm （1 1）当）当F F

11、供供= =F F需需时，即时，即 时，物体作匀速圆周运动；时，物体作匀速圆周运动；2rvmF合F F供供F F需需2rvmF ?rvmF2合 （2 2）当）当F F供供F F需需时，时，即即 时，物时，物体作离心运动；体作离心运动； F F合合=0=0时时, ,物体物体沿切线方向飞出沿切线方向飞出. . （3 3）当）当F F供供F F需需时，时，即即 时，物时，物体作向心运动；体作向心运动；rvmF2合离心运动的应用离心运动的应用1、离心干燥器的金属网笼利用离心运动把附着在物体上的水分甩掉的装置解释：oFmr2F 当网笼转得比较慢时，当网笼转得比较慢时，水滴跟物体的附着力水滴跟物体的附着力F

12、 F 足以足以提供所需的向心力提供所需的向心力F F 使水滴使水滴做圆周运动。当网笼转得比做圆周运动。当网笼转得比较快时，附着力较快时，附着力 F F 不足以提不足以提供所需的向心力供所需的向心力 F F，于是水，于是水滴做离心运动，穿过网孔，滴做离心运动，穿过网孔，飞到网笼外面。飞到网笼外面。 2、洗衣机的脱水筒、洗衣机的脱水筒3、用离心机把体温计的、用离心机把体温计的水银柱甩回玻璃泡内水银柱甩回玻璃泡内 当离心机转得比较慢时，当离心机转得比较慢时，缩口的阻力缩口的阻力 F F 足以提供所需足以提供所需的向心力，缩口上方的水银的向心力，缩口上方的水银柱做圆周运动。当离心机转柱做圆周运动。当离

13、心机转得相当快时，阻力得相当快时，阻力 F F 不足以不足以提供所需的向心力，水银柱提供所需的向心力，水银柱做离心运动而进入玻璃泡内。做离心运动而进入玻璃泡内。4、制作、制作“棉花棉花”糖的原理：糖的原理： 内筒与洗衣机的脱水筒相内筒与洗衣机的脱水筒相似，里面加入白砂糖，加热使似，里面加入白砂糖，加热使糖熔化成糖汁。内筒高速旋转，糖熔化成糖汁。内筒高速旋转，黏稠的糖汁就做离心运动，从黏稠的糖汁就做离心运动，从内筒壁的小孔飞散出去，成为内筒壁的小孔飞散出去，成为丝状到达温度较低的外筒，并丝状到达温度较低的外筒，并迅速冷却凝固，变得纤细雪白，迅速冷却凝固，变得纤细雪白，像一团团棉花。像一团团棉花。

14、要使原来作圆周运动的物体作离心运动，该怎么办？要使原来作圆周运动的物体作离心运动，该怎么办？问题一：A、提高转速，使所需向心力增大到大于物体所受合外力。、提高转速，使所需向心力增大到大于物体所受合外力。B、减小合外力或使其消失、减小合外力或使其消失离心运动的防止：1 1、在水平公路上行驶的、在水平公路上行驶的汽车转弯时汽车转弯时F汽车 在水平公路上行驶的汽车，转弯时所需的向心力是由车轮与路面的静摩擦力提供的。如果转弯时速度过大，所需向心力F大于最大静摩擦力Fmax，汽车将做离心运动而造成交通事故。因此，在公路弯道处，车辆行驶不允许超过规定的速度。2、高速转动的砂轮、飞轮等rvmF2?要防止离心

15、现象发生，该怎么办？要防止离心现象发生，该怎么办？A A、减小物体运动的速度，使物体作圆周运动、减小物体运动的速度，使物体作圆周运动时所需的向心力减小时所需的向心力减小B B、增大合外力，使其达到物体作圆周运动时、增大合外力，使其达到物体作圆周运动时所需的向心力所需的向心力如图所示，公路转弯处路面跟水平面之间的倾角如图所示，公路转弯处路面跟水平面之间的倾角=150，弯道半径，弯道半径R=40m，求：，求：（1）汽车转弯时规定速度应是多大？）汽车转弯时规定速度应是多大？（2）如果汽车转弯的时候超过或达不到这个速度）如果汽车转弯的时候超过或达不到这个速度会怎么样？会怎么样？mgmgN NF F合合思考题？