高一物理生活中的圆周运动

7、生活(shēnghuó)中的圆周运动第一页，共44页。1第二页，共44页。2第三页，共44页。3第四页，共44页。4第五页，共44页。5F合"供需(ɡònɡxū)"平衡物体做匀速圆周运动提供物体做匀速圆周运动的力(受力分析)物体做匀速圆周运动所需的力向心力公式(gōngshì)的理解=从"供""需"两方面(fāngmiàn)研究做圆周运动的物体第六页，共44页。6汽车(qìchē)在水平地面上转弯是什么力提供向心力的呢?OmgFNFf问题(wèntí)1、汽车转弯第七页，共44页。7汽车在水平路面上转弯所需要的向心力来源:汽车侧向(cèxiànɡ)所受的静摩擦力。OmgFNFf当汽车转弯的半径一定时,汽车的速度(sùdù)v越大,所需的向心力也越大,静摩擦力也越大,当静摩擦力为最大静摩擦力时:第八页，共44页。8当汽车沿圆周转弯时,存在一个平安通过的最大速度(sùdù),如果超过了这个速度(sùdù),汽车将发生侧滑现象。改进(gǎijìn)措施:(1)增大转弯半径(2)增加路面的粗糙程度第九页，共44页。9观察下面两幅图片，赛道及公路(gōnglù)弯道有什么特点？为什么要这样设计？路面(lùmiàn)是倾斜的外高内低第十页，共44页。10思考一道(yīdào)例题例：球沿光滑圆锥(yuánzhuī)内壁在水平面内做匀速圆周运动，如图。试分析向心力的来源。〔圆锥(yuánzhuī)摆模型〕NGθ第十一页，共44页。11结论(jiélùn)将路面倾斜的原因是让支持力与竖直方向成一角度，这样支持力的水平分力就可以提供局部向心(xiànɡxīn)力，减小静摩擦力的负担。讨论：如果倾斜路面(lùmiàn)是光滑的，汽车还能转弯吗？如果能，对速度有什么要求？第十二页，共44页。12问题：如果倾斜路面是光滑的，汽车(qìchē)还能转弯吗？如果能，对速度有什么要求？能，根据上面例题可知，即使没有摩擦力，只靠重力与支持力的合力充当向心力也可以做圆周运动，此时的速度是个定值,假设路面与水平面夹角(jiājiǎo)为θ，那么有问题(wèntí)：如果汽车转弯速度大于这个值呢？或者小于这个值呢？如果大于这个值，那么汽车向上滑，如果小于这个值，那么向下滑。第十三页，共44页。13问题(wèntí)2、火车转弯第十四页，共44页。14火车车轮与铁轨(tiějuǐ)的构造是怎样的？轮缘第十五页，共44页。15问题：如果火车在水平弯道上转弯，试分析其受力情况(qíngkuàng)及向心力的来源。火车受重力、支持力和轮缘与外轨挤压产生(chǎnshēng)的弹力，向心力由轮缘与外轨挤压产生(chǎnshēng)的弹力提供。FF第十六页，共44页。16问题：实际中的铁路(tiělù)弯道是如何设计的？为什么要这样设计？实际铁路弯道是倾斜的，外轨高于内轨。原因是如果弯道是水平(shuǐpíng)的，仅靠轨道挤压产生的弹力提供向心容易损坏车轮与轨道。所以采取倾斜路面，让重力和支持力的合力提供局部向心力的方法。FmgFN第十七页，共44页。17重力(zhònglì)和支持力的合力提供向心力，以减少外轨与轮缘之间的挤压。第十八页，共44页。18(1)当v=v0时：(2)当v>v0时：(3)当v<v0时：轮缘(lúnyuán)不受侧向压力;轮缘(lúnyuán)受到外轨向内的挤压力;轮缘(lúnyuán)受到内轨向外的挤压力。F弹F弹"供需"不平衡第十九页，共44页。19问题：当火车提速后，如何对旧的铁路(tiělù)弯道进行改造？内外轨的高度差h如何确定？因为(yīnwèi)角度很小，所以第二十页，共44页。20列车速度过快,造成翻车(fānchē)事故第二十一页，共44页。211、汽车过拱桥质量为m的汽车以恒定的速率v通过半径为r的拱桥,如下(rúxià)图,求汽车在桥顶时对路面的压力是多大?问题3、汽车(qìchē)过桥第二十二页，共44页。22解:汽车(qìchē)通过桥顶时,受力如图:mgFNOr由牛顿(niúdùn)第二定律:由牛顿(niúdùn)第三定律:当汽车通过桥顶时的速度逐渐增大时FN

和FN′会怎样变化?FfF失重第二十三页，共44页。23问题：当汽车在最高点对桥的压力为0时，汽车的速度是多大？这又是一种怎样的状态？此时(cǐshí)人对座椅的压力是多大？从该时刻以后，汽车将做什么运动？还能沿桥面做圆周运动下桥吗？完全(wánquán)失重状态人对座椅的压力也是0，人也处于完全失重(shīzhòng)状态汽车将做平抛运动，不能沿桥面下桥了第二十四页，共44页。24思考与讨论：地球可以看做一个巨大的拱形桥，桥面(qiáomiàn)的半径就是地球的半径。会不会出现这样的情况：速度大到一定程度时，地面对车的支持力是零？这时驾驶员与座椅之间的压力是多少？第二十五页，共44页。25此时(cǐshí):第一(dìyī)宇宙速度第二十六页，共44页。26你见过凹形桥吗?第二十七页，共44页。27拓展:质量为m的汽车以恒定的速率v通过(tōngguò)半径为r的凹形桥面,如下图,求汽车在最低点时对桥面的压力是多大?解:汽车(qìchē)通过底部时,受力如图:GFN由牛顿(niúdùn)第二定律:当汽车通过桥最低点时的速度逐渐增大时FN和FN′怎样变化?由牛顿第三定律：FFf超重第二十八页，共44页。28比较三种桥面(qiáomiàn)受力的情况FN=GGFNGGFNFN第二十九页，共44页。29问题4、航天器中的失重(shīzhòng)现象什么维持(wéichí)近地航天器做圆周运动？万有引力(wànyǒuyǐnlì)第三十页，共44页。30设航天器质量为M，它绕地球做匀速圆周运动，其轨道半径近似等于地球半径R，航天员的质量为m，宇宙飞船和航天员受到的地球引力近似等于他们在地面上的重力，试求飞船速度(sùdù)多大？座舱对宇航员的支持力多大？完全(wánquán)失重！第三十一页，共44页。31航天员失重(shīzhòng)状态下移动身体第三十二页，共44页。32杂技演员在做水流星表演时，用绳系着装有水的水桶，在竖直平面内做圆周运动，大家讨论一下满足什么条件水才能从水出桶中流(zhōngliú)出来。假设水的质量M=0.5kg，绳L=60cm，求：〔1〕最高点水不流出的最小速率。

〔2〕水在最高点速率训v=3m／s时，水对桶底的压力。问题(wèntí)5、水流星节目第三十三页，共44页。33解析：

〔1〕在最高点水不流出的条件(tiáojiàn)是重力不大于水做圆周运动需要的向心力：那么所求最小速率：

第三十四页，共44页。34〔2〕当水在最高点的速率大于v0时，只靠重力提供向心力已缺乏，此时水桶底对水有一向下的压力(yālì)，设为FN由牛顿第二定律有由牛顿第三定律可知，水对水底的作用力竖直向上第三十五页，共44页。351、做圆周运动的物体，在其所受合外力突然消失，或缺乏以提供圆周运动所需向心力的情况下，就做逐渐远离圆心(yuánxīn)的运动，这种运动叫做离心运动。问题6、离心(líxīn)运动作离心(líxīn)运动的条件：第三十六页，共44页。36

o做匀速圆周运动的物体,由于惯性总有沿切线方向飞去的倾向,在合外力突然消失或者缺乏(quēfá)以提供圆周运动所需的向心力的情况下,做逐渐远离圆心的离心运动;当合外力大于物体做圆周运动所需的向心力时,物体做离圆心越来越近的向心运动;只有当合外力等于所需的向心力时,物体才可能做匀速圆周运动。F拉=mω2rF拉>mω2rF拉<mω2rF拉=02、合外力(wàilì)与向心力的关系"供""需"是否平衡(pínghéng)决定物体做何种运动第三十七页，共44页。373、离心运动(yùndòng)的应用和防止(1)离心(líxīn)运动的应用①甩干雨伞(yǔsǎn)上的水滴②链球运动在田径比赛中,链球工程就是得用离心现象来实现投掷的。链球的投掷是通过预摆和旋转来完成的,运发动手持链球链条的一端,在链球高速旋转时,突然松手,拉力消失,链就沿切线方向飞出去。

在雨天,我们可以通过旋转雨伞的方法甩干雨伞上的水滴,旋转时,当转动快到一定的程度时,水滴和雨伞之间的附着力满足不了水滴做圆周运动所需的向心力,水滴就会做远离圆心的运动而被甩出去。第三十八页，共44页。38把湿布块放在离心枯燥器的金属网笼里,网笼转得比较慢时,水滴跟物体的附着力F足以提供所需要的向心力,使水滴做圆周运动,当网笼转的比较快时,附着力F缺乏以提供所需要的向心力,于是水滴做离心运动,穿过网孔,飞到网笼外面。洗衣机的脱水(tuōshuǐ)筒也是利用离心运动把湿衣服甩干的。③离心(líxīn)枯燥器oF<mω2rFv第三十九页，共44页。39、制作(zhìzuò)“棉花〞糖的原理：内筒与洗衣机的脱水筒相似，往内筒参加白砂糖，加热使糖熔化成糖汁，内筒高速旋转，黏稠的糖汁就做离心运动，从内筒壁的小孔飞散出去，成为丝状，到达温度较低的外筒就会迅速(xùnsù)冷却凝固，变得纤细雪白，像一团团棉花。第四十页，共44页。40

、“离心浇铸〞技术模具绕一固定轴旋转，当到达500转每分时，将融化(rónghuà)了的液态金属倒入其中，它将以巨大的惯性离心力向模具壁紧压，同时夹杂在液态金属里的气体和熔渣，由于其密度远小于液态的金属，因此它们将从金属里被别离出来。按此法浇铸出的金属零件密实、均匀、不含气泡和裂痕，大大提高了使用寿命。

第四十一页，共44页。41、啤酒何以清澈(qīngchè)透亮？

原来这也与离心别离密切相关。因为麦汁中含有一种极不稳定的冷凝固物，应尽量减少其含量才能保证啤酒不出现冷混浊现象。然而，这种冷凝固物的粒子极为微小，直径仅有0.1―0.5微米，很难除净。但假设采用高速离心机进行别离处理，就比较容易实现净化。因为这种粒子虽然微小，但由于存在密度差，一旦进入强大的离心力场后，二者立即“分道扬镳〞，从而可以很容易地把冷凝固粒子剔除。从蔗糖(zhètáng)水溶液中别离蔗糖(zhètáng)，也需依靠离心沉降方法。第四十二页，共44页。42(2)离心(líxīn)运动的防止①在水平公路上行驶的汽车(qìchē)转弯时υFfmax<mυr2Ff汽车(qìchē)

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