生活中的圆周运动

知识回顾,物体做匀速圆周运动时，必须有力提供,向心力,物体做非匀速圆周运动时，也必须有向心力吗？,必须的,若物体做匀速圆周运动，合外力等于向心力；若物体做非匀速圆周运动，合外力不等于向心力（合外力的一个分力提供向心力）,2020年5月18日星期一,2,向心力是按效果命名的力,向心力的特点方向：总是指向圆心,作用效果只改变速度的方向，由物体在半径方向的合力提供。,2020年5月18日星期一,3,大小：,2020年5月18日星期一,4,2020年5月18日星期一,5,实例研究火车转弯,铁路的弯道,火车车轮的构造,火车车轮有突出的轮缘,思考,火车在水平轨道（内外轨道一样高）上转弯时，所需的向心力由谁提供？,外轨,内轨,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,2020年5月18日星期一,8,这个弹力很大，会对轨道和轮缘造成损坏。如何解决这个问题？,分析,在转弯处外轨略高于内轨,火车转弯所需的向心力的方向是在水平方向上还是在与斜面平行的方向上？,分析,F合mgtan,轨道对轮缘无挤压，此时火车的速度为多大？,若火车的速度大于或小于这个值时，轨道对轮缘有挤压吗？,2020年5月18日星期一,11,轮缘受到内轨向外的弹力,讨论,轮缘受到外轨向内的弹力,列车在弯道处容易发生脱轨、翻车事故,铁路的弯道处,2020年5月18日星期一,14,物体作圆周运动的条件,从“供”“需”两方面研究生活中做圆周运动的物体,，由物体受力情况决定,由物体的运动情况决定,F,“供需”平衡物体做圆周运动,本节课,牛顿第二定律F=ma的应用,2020年5月18日星期一,15,汽车在水平地面上转弯是什么力提供向心力的呢?,实例研究汽车转弯,2020年5月18日星期一,16,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。,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:,2020年5月18日星期一,17,某司机驾车在丽龙高速出口,通过水平转盘时出了车祸。讨论其原因,交通部门有责任么?如果你是公路的设计师,请提出你的道路改进措施?,转弯处的路面内低外高!,G,Ff,FN,2020年5月18日星期一,18,由此可见:当汽车以沿圆盘转弯时,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)增大圆盘半径(2)增加路面的粗糙程度(3)增加路面高度差外高内低(4)最重要的一点:司机应该减速慢行!,生活中的圆周运动,圆周运动(Circularmotion),实例研究3：汽车过桥,黄石长江大桥,1.求汽车以速度v过半径为r的拱桥最高点时对拱桥的压力？,【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。,当时汽车对桥的压力为零。（临界速度）,当大于临界时，汽车做什么运动？,飞离桥面做平抛运动！,由于加速度竖直向下，属失重现象。,m,泸定桥,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V越大，对桥的压力越大。由于加速度的方向竖直向上，属超重现象。,m,生活中的圆周运动,圆周运动(Circularmotion),汽车过桥问题小结,2020年5月18日星期一,23,如图687所示，汽车以一定的速度经过一个圆弧形桥面的顶点时，关于汽车的受力及汽车对桥面的压力情况，以下说法正确的是(),A.在竖直方向汽车受到三个力：重力、桥面的支持力和向心力B.在竖直方向汽车只受两个力：重力和桥面的支持力C.汽车对桥面的压力小于汽车的重力D汽车对桥面的压力大于汽车的重力,BC,圆周运动(Circularmotion),当堂练习,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,D,可能飞离路面的地段应是？,2020年5月18日星期一,25,根据牛顿第二定律：,2020年5月18日星期一,26,思考与讨论,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？,思考与讨论,2020年5月18日星期一,27,地球可以看作一个巨大的拱型桥，其半径就是地球半径R（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？,思考,1、航天器在发射升空（加速上升）时，航天员处在超重还是失重状态？,2、航天器在轨道正常运行（绕地球做匀速圆周运动）时，航天员处在超重还是失重状态？,超重,?,FNmgma,FNmg,航天器中的失重现象,航天器绕地球做匀速圆周运动，假设它的线速度的大小为v，轨道半径近似等于地球半径R，航天员受到的地球引力近似等于他在地面测得的体重mg。,失重,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？,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绕地球做圆周运动。,2020年5月18日星期一,30,2020年5月18日星期一,31,实例研究：离心运动,绳栓着小球在水平面做匀速圆周运动时，小球所需的向心力由形变的绳产生的弹力提供。若m、r、一定，向心力F向=m2r。,若突然松手，小球将怎样运动？,若绳的拉力F小于它做圆周运动的所需的向心力，小球将怎样运动？,离心运动,F合=m2r，物体做匀速圆周运动,F合m2r，物体做逐渐远离圆心的运动,F合=0，物体沿切线方向飞出远离圆心,1、定义：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时，做逐渐远离圆心的运动，这种运动叫做离心运动。,2020年5月18日星期一,33,2.物体作离心运动的条件：,小结：,Fn=F需向做什么运动？,Fn=0做什么运动？,FnF需向做什么运动？,FnF需向做什么运动？,圆周,近心,切线,离心,0F合m2r,供需,2020年5月18日星期一,34,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=,Fn,小结,2020年5月18日星期一,35,离心抛掷,离心分离,离心甩干,离心运动的应用,离心运动的应用,当脱水筒转得比较慢时，水滴跟物体的附着力F足以提供所需的向心力使水滴做圆周运动。当脱水筒转得比较快时，附着力F不足以提供所需的向心力，于是水滴做离心运动，穿过小孔，飞到脱水筒外面。,利用离心运动把附着在物体上的水分甩掉,离心运动的应用,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。,思考,要使原来作匀速圆周运动的物体作离心运动，该怎么办？,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。,供需,供需,2020年5月18日星期一,39,4.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