物理5-8 生活中的圆周运动（刘）.ppt

1、5-8 生活中的圆周运动,一、铁路的弯道,火车转弯时所需的向心力，是由什么力提供的？,1、当内外轨一样高时,向心力是由外轨对轮缘的水平弹力提供的，这种情况下铁轨容易损坏，轮缘也容易损坏。,F=2.4106N- (2),例题1、一列火车在水平轨道上以半径r = 300 m 转弯，火车质量为m = 8105 kg，速度为30m/s，求火车所需的向心力是多大？它是由什么力提供的？,解：火车受力情况如图所示，,由外轨对轮缘的水平弹力提供的,2、当外轨比内轨高时,mg tan = m v02/r, 较小时， tan sin,而 sin =h/L，,若向心力恰好是由重力和支持力的合力提供的，那么内、外轨均

2、不受到轮缘的侧向挤压力。,外侧,内侧,设火车转弯时的实际速度为v， (1) vv0时，内外轨对轮缘均没有侧向弹力；,外侧,内侧,(2) vv0时，外轨对轮缘有侧向弹力；,(3) vv0时，内轨对轮缘有侧向弹力。,解：,=0.14m,例题2、火车以半径r = 900 m转弯，火车质量为m=8105kg ，速度为v = 30 m/s，火车轨距l =1.4 m，要使火车通过弯道时仅受重力与轨道的支持力，外轨道应该垫的高度h=？ ( 较小时tan sin ),列车速度过快，造成翻车事故,赛道的设计,G,FN,赛道的设计,二、汽车通过拱形桥、凹形桥时所需的向心力，是由什么力提供的？,1、汽车通过拱形桥桥

3、顶时的向心力，是由什么力提供的？,失重现象,速度多大时，汽车对桥顶无压力？,汽车离开桥面做平抛运动。,黄石长江大桥,你见过凹形的桥吗？,泸定桥,超重现象,2、汽车通过凹形桥最低点时的向心力，是由什么力提供的？,3、有没有可能做这样的运动？如果可能应满足怎样的条件？,4、杂技演员表演的“水流星”节目，杯子在竖直面内运动到最高点时，杯口朝下，水为什么没有从杯子里洒出？,(1)当 时，FN0 ， 水在杯中刚好不流出；,(2)当 时，FN0 ，,(3) 当 时，FN0 ，此时水将会流出杯子。,mg,FN,5、过山车经过最高点时，它的向心力是由什么力提供的？,mg tan = m v02/r,例、一辆汽

4、车匀速率通过半径为R的圆弧拱形路面，不考虑汽车受到的阻力，关于汽车的受力情况，下列说法正确的是 （ ） A汽车对路面的压力大小不变，总是等于汽车的重力 B汽车对路面的压力大小不断发生变化，总是小于汽车所受重力 C汽车的牵引力不发生变化 D汽车的牵引力逐渐变小,BD,根据牛顿第二定律：,地球可以看作一个巨大的拱型桥，其半径就是地球半径R= 6400km，若汽车不断加速，则地面对它的支持力就会变小，汽车速度多大时，支持力会变成零FN=0？,此时司机处于完全失重状态。,由,得,三、航天器中的失重现象,航天器绕地球表面做匀速圆周运动，航天员受到地球的引力和飞船座舱的支持力，它们的合力提供了向心力。,F

5、N = 0，航天员处于完全失重状态。,上述观点是错误的。正是由于地球引力的存在，才使航天器连同其中的人和物体环绕地球做圆周运动，若没有引力则不会绕地球做圆周运动。,有人把航天器失重的原因说成是它离地球太远，从而摆脱了地球引力。这种说法对吗？,此时 F引=F向 ，故人与物均处于完全失重状态,四、离心运动,1、定义：做匀速圆周运动的物体，在向心力突然消失时，物体将沿切线方向飞出去；在合力不足以提供所需的向心力时，物体将逐渐远离圆心。这样的运动叫做离心运动。,2、原因：,当F合F向时，物体做匀速圆周运动；,当F合0时，物体沿切线方向飞出去；,当F合F向时，物体逐渐远离圆心。,3、应用：,(1) 离心

6、干燥器,四、离心运动,图5.8-9,当离心机转得比较慢时，缩口的阻力 F 足以提供所需的向心力，缩口上方的水银柱做圆周运动。当离心机转得相当快时，阻力 F 不足以提供所需的向心力，水银柱做离心运动而进入玻璃泡内。,(2) 离心沉淀器,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。,要使原来作圆周运动的物体作离心运动，该怎么办？,问题？,1、提高转速，使所需向心力增大到大于物体所受合外力。,2、减小合外力或使其消失,4、防止

7、：,(1) 为什么汽车在公路转弯处要限速？,(2) 为什么转动的砂轮、飞轮等都要限速？,四、离心运动,静摩擦力提供向心力,摩托车飞车走壁，请分析受力情况，解释现象,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”平衡物体做圆周运动。,研究圆周运动的要点：,(6)解方程，求未知。, 解决圆周运动问题的一般步骤：,(1)确定研究对象，明确它在哪个平面内做圆周运动，找到圆心和半径r。,(2)分析研究对象在某个位置所处的运动状态；分析其受力情况。,(5)根据向心力公式列方程,(7)检验并讨论结果。,(3)画出受力图示，并建立坐标系。,(4)求出向心力(源)。,分析：重力及支持力沿半径方向的合力提供向心力。若汽车的速度过大，将会离开桥面做斜下抛运动。,即将离开桥面时FN=0,若汽车不在拱形桥的最高点或最低点时，如何分析汽车的运动情况呢？,1、一质量为m的物体，沿半径为R的向下凹的圆形轨道滑行，经过最低点的速度为v，物体与轨道之间的动摩檫因数为，则它在最低点时受到的摩檫力为（ ）,A、mg