高一物理生活中的圆周运动.ppt

7 、生活中的圆周运动 F合 “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(受力分析) 物体做匀速 圆周运动所 需的力 向心力公式的理解 = 从“供“需“两方面研究做圆周运动的物体 汽车在水平地面上转弯是什么 力提供向心力的呢? O mg FN Ff 问题1、汽车转弯 汽车在水平路面上转弯所 需要的向心力来源:汽车侧 向所受的静摩擦力。 O mg FN Ff 当汽车转弯的半径一定时,汽车的速度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: 当汽车沿圆周转弯时,存在一个安全通 过的最大速度,如果超过了这个速度,汽车 将发生侧滑现象。 改进措施: (1)增大转弯半径 (2)增加路面的粗糙程度 观察下面两幅图片，赛道及公路弯道有什么特点？ 为什么要这样设计？ 路面是倾斜的 外高内低外高内低 思考一道例题 例：球沿光滑圆锥圆锥 内壁在水平面内做匀速圆圆周运动动 ，如图图。试试分析向心力的来源。（圆锥摆圆锥摆 模型） N G 结论 将路面倾倾斜的原因是让让支持力与竖竖直方向成一角 度，这样这样 支持力的水平分力就可以提供部分向心 力，减小静摩擦力的负负担。 讨论：如果倾斜路面是光滑的，汽车还能转弯吗？ 如果能，对速度有什么要求？ 问题：如果倾斜路面是光滑的，汽车还能转弯吗？ 如果能，对速度有什么要求？ 能，根据上面例题题可知，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圆周运动动， 此时时的速度是个定值值,假设设路面与水平面夹夹角为为， 则则有 问题：如果汽车转弯速度大于这个值呢？或者小 于这个值呢？ 如果大于这这个值值，则则汽车车向上滑，如果小于这这个 值值，则则向下滑。 问题2、火车转弯 火车车轮与铁轨的构造是怎样的？ 轮缘 问题：如果火车在水平弯道上转弯，试分析其受 力情况及向心力的来源。 火车车受重力、支持力和轮缘轮缘 与外轨挤压产轨挤压产 生的弹弹力， 向心力由轮缘轮缘 与外轨挤压产轨挤压产 生的弹弹力提供。 F F 问题：实际中的铁路弯道是如何设计的？为什么 要这样设计？ 实际铁实际铁 路弯道是倾倾斜的，外轨轨高于内轨轨。原因是如 果弯道是水平的，仅仅靠轨轨道挤压产挤压产 生的弹弹力提供向 心容易损损坏车轮车轮 与轨轨道。所以采取倾倾斜路面，让让重 力和支持力的合力提供部分向心力的方法。 F mg FN 重力和支持力的合力提供向心力，以减少外轨重力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。与轮缘之间的挤压。 (1)(1) 当当v v= =v v 0 0 时：时： (2)(2) 当当v v v v 0 0 时：时： (3)(3) 当当v vm2r F拉m2r F拉=0 2、合外力与向心力的关系 “供“需“是否平衡决定物体做何种运动 3、离心运动的应用和防止 (1)离心运动的应用 甩干雨伞上的水滴 链球运动 在田径比赛中,链球项目就是得用 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,运动员 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。 把湿布块放在离心干燥器的金属网笼里,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 不足 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。洗衣机的脱水筒也是利用离心运动把湿 衣服甩干的。 1. 离心干燥器 o Fm2r F v 、制作“棉花”糖的原理： 内筒与洗衣机的脱水筒 相似，往内筒加入白砂 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 温度较低的外筒就会迅 速冷却凝固，变得纤细 雪白，像一团团棉花。 、 “离心浇铸”技术 模具绕一固定轴旋转，当达到500转每分时 ，将融化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 里被分离出来。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。 、啤酒何以清澈透亮？ 原来这也与离心分离密切相关 。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 0.10.5微米，很难除净。但若采用 高速离心机进行分离处理，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。 从蔗糖水溶液中分离蔗糖，也需依靠 离心沉降方法 。 (2)离心运动的防止 在水平公路上行驶的汽车 转弯时 Ffmaxm r 2 Ff 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Ffmax,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。 高速转动的砂