4.3 向心力的实例分析 —鲁科版高中物理必修二课件(共37张PPT)

1、4.3 4.3 向心力的实例分析向心力的实例分析2Fmrw=2vFmr= 做圆周运动的物体一定要受到一个始终指向圆心的向心力的作用。 向心力可以由一个力或几个力的合力提供，也可能是某个力的分力提供。复习：复习：水平路面上转弯(圆周运动)GNfGN汽车转弯1.汽车在平直轨道上行驶与转弯时有何不同？ zxxk在平直轨道上汽车做直线运动，受到的合力为零或者与速度方向在同一直线上。转弯时做曲线运动，需要向心力。2.2.那么由什么力为汽车提供向心力呢？2vFmr=摩擦力f 当转弯过快或转弯半径太小时，摩擦力不足以提供汽车转弯时所需向心力。这时候汽车将发生事故。 设汽车沿半径为设汽车沿半径为R的的水平圆形

2、跑道以水平圆形跑道以匀速率匀速率v行驶，若汽车与路面的动摩擦因数为行驶，若汽车与路面的动摩擦因数为 ，要使汽，要使汽车不侧滑，则汽车行驶的最大速率是多少？车不侧滑，则汽车行驶的最大速率是多少？gRvmgmRv2max2fmfRv解：一、转弯时的向心力实例分析一、转弯时的向心力实例分析 1.汽车拐弯汽车拐弯(1)潮湿路面或者路面有沙粒易出现交通潮湿路面或者路面有沙粒易出现交通事故，原因：事故，原因：_ 。 (2)急弯易出现交通事故，原因急弯易出现交通事故，原因_。思考与讨论思考与讨论由由 分析 ： vgR减小减小R减小减小GNNG让汽车换个弯道匀速转弯让汽车换个弯道匀速转弯FtanFmgq=GN

3、NG如何才能减少交通事故？FmgtanF如果由这个合力F为汽车转弯提供向心tanFmgq=2vFmr=tanvgrq=则：则： 此时，不需摩擦力提供向心力，汽车此时，不需摩擦力提供向心力，汽车能够安全转弯。这个理想的转弯速度取决能够安全转弯。这个理想的转弯速度取决于弯道的半径和倾角。于弯道的半径和倾角。1、内外轨道一样高时：、内外轨道一样高时：F 向心力向心力 F 由外侧轨道对铁轨由外侧轨道对铁轨的压力提供的压力提供GNF合 铁路的铁路的弯道通常弯道通常外高内低外高内低，当车，当车速按照规定速度行驶，火车与铁轨之速按照规定速度行驶，火车与铁轨之间无挤压，有利于保养铁轨。求火车间无挤压，有利于保

4、养铁轨。求火车转弯的规定速度？转弯的规定速度？mgtan合Frvm2向FF合=F向rvmmg2tantangrv 通过弯道的规定速度取决于弯道的半径和倾角。通过弯道的规定速度取决于弯道的半径和倾角。2.火车拐弯火车拐弯讨论讨论火车转弯时火车转弯时所需向心力所需向心力1、内外轨道一样高时：、内外轨道一样高时：F 向心力向心力 F 由外侧轨道对铁轨由外侧轨道对铁轨的压力提供的压力提供当外轨略高于内轨时：当外轨略高于内轨时：火车受力：火车受力：GNF火车的向心力：火车的向心力：当当 时，车轮对内外轨都无压力。时，车轮对内外轨都无压力。规定vv 在外轨略高于内轨时，火车转弯时的速度在外轨略高于内轨时，

5、火车转弯时的速度 v GNF火车的向心力：火车的向心力：由由G和和N的合力提供的合力提供(1)当当 时，车轮时，车轮 规定vv对内外轨都无压力。对内外轨都无压力。火车行驶速率火车行驶速率vv规定规定（2）当火车行驶速率）当火车行驶速率vv规定规定时，时， （3）当火车行驶速率）当火车行驶速率vv规定规定时，时，GNN火车行驶速率火车行驶速率v线或绳线或绳如果如果 ，轻，轻绳对小球存在拉力。绳对小球存在拉力。 小球过最高点时，如果V=0，则轻杆对小球支持力N=mg。 如果 则和轻绳一样，杆对小球没有力的作用。所以当 时，轻杆对小球有支持力的作用。 如果 ，轻杆对小球有拉力作用。杆杆vgR=vgR

6、vgR1.1.质量为质量为m m的小球，用长为的小球，用长为l的线悬挂在的线悬挂在O O点，在点，在O O点正下方处有点正下方处有一光滑的钉子一光滑的钉子OO，把小球拉到右侧某一位置释放，当小球第，把小球拉到右侧某一位置释放，当小球第一次通过最低点一次通过最低点P P时（时（ ）A A、小球速率突然减小、小球速率突然减小B B、小球角速度突然增大、小球角速度突然增大C C、小球的向心加速度突然增大、小球的向心加速度突然增大 D D、摆线上的张力突然增大、摆线上的张力突然增大o oP Pm moo 解：选解：选B B、C C、D.D.碰钉前后绳的拉力垂直速度方向，碰钉前后绳的拉力垂直速度方向，

7、不做功所以速度大小不变。不做功所以速度大小不变。碰钉前后，半径碰钉前后，半径L L变小，变小，a a增大，拉力增大，增大，拉力增大，角速度增大角速度增大最低点处由牛顿第二定律得最低点处由牛顿第二定律得: :T - mg = ma = mv T - mg = ma = mv 2 2/L/L又又v =Lv =L提示：提示：过山车与机械能守恒定律相过山车与机械能守恒定律相结合结合h=?h=?R RA AB BC Co omgmgv vC Cv vB B=?=?2.2.如图是过山车的物理模型，若过山车如图是过山车的物理模型，若过山车从从A A点自由滑下，忽略一切阻力，已知点自由滑下，忽略一切阻力，已知

8、h h、m m、R R，问：恰好通过圆周最高点，问：恰好通过圆周最高点C C时，时，轨道在轨道在B B、C C点处对过山车的压力差？点处对过山车的压力差？解解: :恰好通过最高点恰好通过最高点N=0N=0由牛顿第二定律得由牛顿第二定律得:mg=mv:mg=mvC C2 2/R/R从从A A到到C C过程由机械能守恒得过程由机械能守恒得: :mgH=mvmgH=mvB B2 2/2=mg(2R)+mv/2=mg(2R)+mvC C2 2/2/2解得解得H=5R/2H=5R/2v vB B= 5gR = 5gR 在在B B点点:N:NB B-mg=mv-mg=mvB B2 2/R/R在在C C点点:N:NC C+mg=mv+mg=mvC C2 2/R/R从从B B到到C C过程过程:mv:mvB B2 2/2=mg(2R)+mv/2=mg(2R)+mvC C2 2/2/2解得解得N NB B-N-NC C=6mg=6mg匀速圆周运动的实例分析匀速圆周运动的实例分析1.1.汽车、火车转弯汽车、火车转弯受力特点：由于外侧高于内侧，重力和支持力的合受力特点：由于外侧高于内侧，重力和支持力的合力提供向心力力提供向心力F=mg F=mg tan=tan= m m R Rv v2 2v= gR tanv= gR tan转弯限速取决于拐弯半径和斜面倾角转弯限