高中物理生活中的圆周运动课件课件人教版必修二.ppt

8生活中的圆周运动 知识回顾 物体做圆周运动时 受力有何共同点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 分析做圆周运动的物体受力情况 提供向心力 受力分析 ff fn mg 飞机转弯 g n fn f 供需 平衡物体做匀速圆周运动 向心力公式的理解 从 供 需 两方面研究做圆周运动的物体 车辆转弯 1 自行车 或摩托车 转弯我们在骑自行车转弯时 有向外滑出的趋势 地面对自行车有指向内侧的静摩擦力f1 这个静摩擦力提供自行车转弯时所需的向心力 根据向心力公式有 从公式中可以看出 转弯时所需的向心力与转弯时的速率及半径有关 如果转弯时的速率过大 静摩擦力不能满足转弯需要 思考 摩托车转弯时车身为什么要适当倾斜 2 摩托车转弯 摩托车转弯 3 汽车转弯在水平路面上转弯汽车在水平路面上转弯时的向心力也来源于地面的静摩擦力 根据向心力公式有 转弯时所需的向心力与转弯时的速率及半径有关 如果转弯时的速率过大 静摩擦力不能满足转弯需要 车受重力mg及路面的弹力fn作用 这两个力的合力f水平并指向圆周弯道的圆心 充当向心力 由图可知 f mgtan 依据牛顿第二定律有 mgtan 汽车在倾斜路面上拐弯 生活中的圆周运动 圆周运动 circularmotion 铁路的弯道 火车车轮的构造 火车车轮有突出的轮缘 fn f g 铁路的弯道 生活中的圆周运动 圆周运动 circularmotion 1 内外轨道一样高时转弯 火车车轮受三个力 重力 支持力 外轨对轮缘的弹力 外轨对轮缘的弹力f提供向心力f f向 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 怎么办 铁路的弯道 生活中的圆周运动 圆周运动 circularmotion 2 外轨高内轨低时转弯 h r越大 火车转弯越安全 此为火车转变时的安全速度 思考 1 如果v行驶 v安全 情况如何 2 如果v行驶 v安全 情况如何 很小时 sin tan 当v v0时 当v v0时 当v v0时 轮缘不受侧向压力 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 生活中的圆周运动 圆周运动 circularmotion 1 内外轨高度相同时 转弯所需的向心力由 提供 2 外轨高度高于内轨 火车按设计速度行驶时 火车转弯所需的向心力由 提供 火车实际行驶速度大于设计速度时 其转弯所需的向心力由 提供 3 若两轨间距为l 外轨比内轨高h 轨道转弯半径为r 则此处轨道的设计转弯速度为 1 火车转弯 外轨对轮缘的侧压力 重力和弹力的合力 重力 弹力的合力和外轨对轮缘的侧压力 生活中的圆周运动 圆周运动 circularmotion 1 路面水平时转弯所需的向心力由 力提供 若转弯半径为r 路面与车轮之间的最大静摩擦力为车重的k倍 汽车转弯的最大速度为 2 高速公路的转弯处 公路的外沿设计的比内沿略高 若汽车以设计速度转弯时 汽车转弯的向心力由 提供 2 汽车转弯 静摩擦力 重力和弹力的合力 生活中的圆周运动 圆周运动 circularmotion 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 由上式可知 v增大时 fn减小 当时 fn 0 当时 汽车将脱离桥面 发生危险 拱形桥和凹形桥 当 1 求汽车以速度v过半径为r的拱桥时对拱桥的压力 解 g和n的合力提供汽车做圆周运动的向心力 由牛顿第二定律得 可见汽车的速度越大对桥的压力越小 时汽车对桥的压力为零 临界速度 由于 竖直向下 属失重现象 当 大于 临界时 汽车做什么运动 平抛运动 2 求汽车过凹形路段最低点时对路面的压力 解 g和n的合力提供汽车做圆周运动的向心力 由牛顿第二定律得 可见汽车的速度越大对桥的压力越大 由于 竖直向上 属超重现象 生活中的圆周运动 圆周运动 circularmotion 拱形桥和凹形桥 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 拱形桥和凹形桥 d eg2 一辆质量为4t的汽车驶过半径为50m的凸形桥面时 始终保持5m s的速率 汽车所受的阻力为车对桥面压力的0 05倍 通过桥的最高点时汽车牵引力是多少n g 10m s2 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 思考与讨论 再见 生活中的圆周运动 复习1 拱形桥 过山车 水流星等 研究对象做圆周运动时的向心力在竖直面内的各种运动 2 火车转弯 汽车转弯等 研究对象做圆周运动时的向心力在水平面内的各种运动 比较三种桥面受力的情况 g g g n n n fn g 即汽车对桥的压力大于其所受重力 处于超重状态 1 汽车过凹桥时 在最低点时 车对凹桥的压力怎样 二 拱形桥 fn g即汽车对桥的压力小于其所受重力 处于失重状态 2 汽车过凸桥时 在最高点时 车对凸桥的压力又怎样 二 拱形桥 当汽车行驶速度越大 汽车对桥面的压力越小 当时 压力fn为零 处于完全失重状态 汽车脱离桥面 做平抛运动 3 若汽车的运动速度变大 压力如何变化 二 拱形桥 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 三 航天器中的失重现象 航天员在航天器中绕地球做匀速圆周运动时 航天只受地球引力 引力为他提供了绕地球做匀速圆周运动所需的向心力f mv2 r 所以处于失重状态 mg mv2 r由此可以得出v rg 1 2 列车速度过快 造成翻车事故 做圆周运动的物体 由于本身的惯性 总有沿着圆周切线方向飞去的倾向 当f 0时 物体沿切线方向飞出 四离心运动 1 离心运动 做匀速圆周运动的物体 在所受合力突然消失 或者不足以提供圆周运动所需的向心力的情况下 就做逐渐远离圆心的运动 2 物体作离心运动的条件 f合 f向心力 思考问题 f合 f向心力做什么运动 f合 0做什么运动 f合 f向心力做什么运动 f合 f向心力做什么运动 圆周 近心 切线 远离 离心运动做圆周运动的物体 在所受合外力消失或不足以提供所需的向心力时 就做逐渐远离圆心的运动 这种运动叫做离心运动3 说明 物体做离心运动的根本原因是 惯性 造成的 4 离心运动的应用 1 离心干燥器 2 洗衣机脱水桶 3 用离心机把体温计的水银柱甩回下面的液泡内 4 离心运动的应用 4 制作 棉花 糖 5 离心运动的防止 1 在水平公路上行驶的汽车转弯时 f m r 2 f 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 5 离心运动的防止 2 高速转动的砂轮 飞轮等 做圆周运动的物体 由于本身的惯性 总有沿着圆周切线方向飞去的倾向 小结 当f m 2r时 物体做匀速圆周运动 当f 0时 物体沿切线方向飞出 当f m 2r时 物体逐渐远离圆心 当f m 2r时 物体逐渐靠近圆心 常见的离心干燥器等都是利用离心运动 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 f f f 1 要使原来做匀速圆周运动的物体做离心运动 可以怎么办 a 提高转速 使所需的向心力大于能提供的向心力b 减小或消失合外力 思考并讨论 再见 三 离心现象 三 离心现象 eg1 在水平铁路转弯处 往往使外轨略高于内轨 这是为了 a 减轻火车轮子挤压外轨b 减轻火车轮子挤压内轨c 使火车车身倾斜 利用重力和支持力的合力提供转弯所需向心力d 限制火车向外脱轨 铁路的弯道 生活中的圆周运动 圆周运动 circularmotion acd 铁路的弯道 生活中的圆周运动 圆周运动 circularmotion eg2 若火车按铁路规定速率转弯时 内 外轨对车轮皆无侧向压力 则下列说法中正确的是 a 当火车以小于规定速率转弯时 仅内轨对车轮有侧压力b 当火车以大于规定速率