生活中的圆周运动好课件

7生活中的圆周运动

高一物理组2014、3、11学习基础物体要受到指向圆心的向心力向心力的特点方向：总是指向圆心大小：最重要rmgF静FNOθO'FTmgF合MadebyLivenmgFNrF静圆锥摆转盘滚筒经典模型三维设计P19汽车转弯OmgFNFf提供向心力受力分析FfFf练习：如图所示，是从一辆在水平公路上行驶着的汽车后方拍摄的汽车后轮照片。从照片来看，汽车此时正在(B)

A．直线前进

B．向右转弯C．向左转弯

D．不能判断飞机转弯:模拟与感受GNFnGNFn自行车转弯背景问题2、火车转弯：

火车在平直轨道上匀速行驶时，所受的合力等于0，那么当火车转弯时，我们说它做圆周运动，那么是什么力提供火车的向心力呢？火车轨道的特殊性研究与讨论1、请设计一个方案让火车沿轨道安全通过弯道？实际火车与轨道设计中，利用轮缘可增加小部分的向心力；垫高外轨可增加较多的向心力。c：由于该弹力是由轮缘和外轨的挤压产生的，且由于火车质量很大，故轮缘和外轨间的相互作用力很大，易损坏铁轨。1、若内外轨道一样高时FNFGa：此时火车受三个力：重力、支持力、外轨对轮缘的弹力。b：外轨对轮缘的弹力F提供向心力。2、最佳方案

火车转弯时，外轨道应该适当垫高.目的使火车通过弯道时仅受重力与轨道的支持力，即向心力完全由重力与支持力的合力提供。GNF求这个速度。对实际问题进行抽象提炼并建立模型水平轨道模型弯曲轨道模型火车模型火车受到的支持力和重力的合力指向圆心，为火车转弯提供了一部分向心力，减轻了轮缘与外轨的挤压。若这部分合力恰等于向心力，那火车此时的线速度的表达式是什么？思考：火车实际的速度大于或小于此速度会出现什么现象？θθ向心力NG当v=v0时：当v>v0时：当v<v0时：轮缘不受侧向压力,最安全的转弯速度轮缘受到外轨向内的挤压力,外轨易损坏。轮缘受到内轨向外的挤压力,内轨易损坏。F弹F弹铁路弯道处超速是火车脱轨和翻车的主要原因研究与讨论3、若火车速度与设计速度不同会怎样？速度过大时(2)过小时FNGF列车速度过快，造成翻车事故汽车赛道的设计如图所示，汽车在倾斜的弯道上拐弯，弯道的倾角为θ，半径为r，则汽车完全不靠摩擦力转弯的速率是

?（背景问题3：汽车过桥思考题:为什么生活中的桥大部分是凸形桥而不是凹形桥呢?汽车过拱桥FNF合=G－FＮF向=mv2/r由F合=F向G－FＮ=mv2/rFＮ=G－mv2/r＜G汽车过凸形桥取向心加速度方向为正方向思考与讨论

根据上面的分析可以看出，汽车行驶的速度越大，汽车对桥的压力越小。试分析一下，当汽车的速度不断增大时，会有什么现象发生呢？根据牛顿第三定律：F压=FN即：由上式可知，v增大时，F压减小，当时，F压=0；当时，汽车将脱离桥面，发生危险。思考与讨论请你根据上面分析汽车通过凸形桥的思路，分析一下汽车通过凹形桥最低点时对桥的压力。这时的压力比汽车的重量大还是小？

F合=FＮ－G

F向=mv2/r

由F合=F向

FＮ－G=mv2/r

FＮ=G＋mv2/r

＞GVＦＮVＦＮ比较三种桥面受力的情况FN=G例：一辆质量的小轿车，驶过半径的一段圆弧形桥面，重力加速度。求：（1）若桥面为凹形，汽车以的速度通过桥面最低点时，对桥面压力是多大？（2）若桥面为凸形，汽车以的速度通过桥面最高点时，对桥面压力是多大？（3）汽车以多大速度通过凸形桥面的顶点时，对桥面刚好没有压力？eg1.一辆卡车在丘陵地匀速行驶,地形如图所示,由于轮胎太旧,途中爆胎,爆胎可能性最大的地段应是()

A.a处

B.b处

C.c处

D.d处生活中的圆周运动

◆圆周运动(Circularmotion)abcdD可能飞离路面的地段应是？当堂练习思考与讨论：

地球可以看做一个巨大的拱形桥，桥面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？……mgFN根据牛顿第二定律：三：航天器中的失重现象

假设宇宙飞船总质量为M，它在地球表面附近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mg．试求座舱对宇航员的支持力为零时飞船的速度多大?通过求解，你可以判断此时的宇航员处于什么状态（超重或失重）。对宇航员，重力提供向心力：mg=mv2/r由此可以得出宇航员处于完全失重状态此时人对座椅的压力为零

oF=mF>mF<mF=0“供”“需”是否平衡决定物体做何种运动离心运动4供提供物体做圆周运动的力需物体做匀速圆周运动所需的力学法指导：向心力公式的再理解F“供需”平衡物体做匀速圆周运动提供物体做匀速圆周运动的力物体做匀速圆周运动所需的力=从“供”“需”两方面研究做圆周运动的物体离心抛掷离心脱水离心分离离心甩干●离心运动的应用用离心机把体温计的水银柱甩回玻璃泡内制作棉花糖的原理：

内筒与洗衣机的脱水筒相似，里面加入白砂糖，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，并迅速冷却凝固，变得纤细雪白，像一团团棉花。OF静vOFv4.离心运动的防止2、防止：汽车转弯，高速砂轮限速等4.离心运动的防止：1）在水平公路上行驶的汽车转弯时υF<mυr2F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、飞轮等此地不宜居住吗？中央电视台《今日说法》栏目最近报道了一起发生在湖南长沙某区湘府路上的离奇交通事故．家住公路拐弯处的张先生和李先生家在三个月内连续遭遇了七次大卡车侧翻在自家门口的场面，第八次有辆卡车冲撞进李先生家，造成三死一伤和房屋严重损毁的血腥惨案．当地居民认为是风水问题，你相信吗？经公安部门和交通部门协力调查，画出的现场示意图如图所示．：公路在设计上内（东）高外（西）低向心、圆周、离心运动“供”“需”是否平衡决定物体做何种运动供提供物体做圆周运动的力需物体做匀速圆周运动所需的力Fn=圆周运动Fn<离心运动Fn>向心运动小结:二.拱形桥1.汽车过拱形桥时,对桥面的压力与重力比较2.圆周运动中的超重、失重情况．三.航天器中的失重现象重力提供自身做圆周运动向心力四.离心运动1.离心现象的分析与讨论．2.离心运动的应用和防止．课堂小结火车转弯规定:v过大时:外侧轨道与轮之间有弹力v过小时:内侧轨道与轮之间有弹力一.铁路的弯道

1.向心力的来源:A外轨高于内轨时,重力与支持力的合力是使火车转弯的向心力B轮缘

2转弯处的半径和火车运行速度的条件限制.处理圆周运动问题的基本思路：1）找到圆周运动的圆平面，确定圆心找到半径2）受力分析，找到向心力的来源；3）利用向心力公式Fn=man列方程求解实质是牛顿第二定律在圆周运动中的应用只不过这里的加速度是向心加速度。在2014的春天里谢谢大家！温盛良拓展部分竖直平面内的圆周运动1、杆模型2、绳模型3、轨道模型4、连接体问题5、临界问题学习基础：研究圆周运动的要点从“供”“需”两方面来进行研究“供”——分析物体受力，求沿半径方向的合外力“需”——确定物体轨道，定圆心、找半径、用公式，求出所需向心力“供”“需”平衡做圆周运动“供”“需”不平衡做离心运动或向心运动引入：杆长为L，球的质量为m，杆连球在竖直平面内绕轴O自由转动，已知在最高点处，杆对球的弹力大小为F=1/2mg，求这时小球的即时速度大小。解：小球所需向心力向下，本题中F=1/2mg＜mg，所以弹力的方向可能向上，也可能向下。⑴若F向上，则⑵若F向下，则？v

杆儿模型：能过最高点的临界条件：当速度V>时,杆儿对小球是拉力.当速度V<时,杆儿对小球是支持力.当速度V=时,杆儿对小球无作用力.mgFNF例6、如图所示，质量为m的小球在竖直平面内的光滑圆轨道上做圆周运动．圆半径为R，小球经过圆环最高点时刚好不脱离圆轨．则其通过最高点时（

）A．小球对圆环的压力大小等于mgB．小球受到的向心力等于重力C．小球的线速度大小等于D．小球的向心加速度大小等于gBCD例7、如图所示，质量可以不计的细杆的一端固定着一个质量为m的小球，另一端能绕光滑的水平轴O转动。让小球在竖直平面内绕轴O做半径为的圆周运动，小球通过最高点时的线速度大小为v。下列说法中正确的是()

A、v不能小于B、v＝时，小球与细杆之间无弹力作用时，小球与细杆之间的弹力随v增大而增大C、v大于时，小球与细杆之间的弹力随v减小而增大D、v小于BCD讨论：物做近心运动

绳和内轨模型：mgFNv

绳杆圆管

m的受力情况

最高点A的速度

重力、绳的拉力AOmBL重力、杆的拉力或支持力AOmBR重力、外管壁的支持力或内管壁的支持力小结：竖直平面内的变速圆周运动AOmBL如图所示，光滑圆盘中心有一个小孔，用细绳穿过小孔，两端各系一小球AB，AB等质量，盘上的小球A做半径为r=20cm的匀速圆周运动，要保持B球静止，A球的角速度多大？ω=？FmgF解：对A，由牛顿第二定律，得

F=mω2r…………①

对B，

F=mg

………②①②联立解得ω==(Rad/s)r=0.2连接体问题细绳一段系一质量为M=0.6千克,的物体,静止在水平面上,另一端通过光滑小孔吊着质量m=0.3千克的物体,M的中心距圆孔0.2米,已知M与水平面间的最大静摩擦力是2牛,现使此平面绕中心轴线转动,问ω在什么范围内m会处于静止状态

ω１=？FmgF解：研A即将向圆心滑动状态，据牛二律

F－ｆ=

隔离B，

F=mg

………②r=0.2三圆周运动2-圆周运动动力学----连接体问题Mga1Nf………①①②联得研A即将背离圆心滑动状态，据牛二律ω２=？FFMga２Nfmg

F＋ｆ=………③

隔离B，

F=mg

………④③④联得如图所示，质量为m的AB两个物体，用细绳悬着，跨过固定在圆盘中央光滑的定滑轮，物体A据转盘中心R,与转盘的最大静摩擦因数为μ（<1），为使A相对于转盘静止，则转盘的角速度取值范围多大？FmgF利用程序法判定未知的临界状态ω1=？ω2=？f？若盘不转即ω=0物体A