生活中的圆周运动19118PPT课件

.,1,生活中的圆周运动,香河一中李静波,第七节,.,2,.,3,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,.,4,一、铁路的弯道,火车以半径R=300m在水平轨道上转弯，火车质量为8105kg，速度为30m/s。请求出火车所需的向心力,向心力由轨道指向圆心的摩擦力提供,代入数据可得：F=2.4106N,.,5,.,6,研究与讨论,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。,优点,缺点,可以减少对摩擦力的需要,需要改造铁路，设计施工难度大,.,7,解决方案,火车以半径R转弯，火车质量为m，速度为V，火车轨距l，要使火车通过弯道时仅受重力与轨道的支持力，轨道应该垫的高度h？（较小时tan=sin）,由力的关系得：,由向心力公式得：,由几何关系得：,解：,.,8,火车行驶速率vv规定,当火车行驶速率vv规定时,当火车行驶速率vv规定时,G,N,N,火车行驶速率vG，即汽车对桥的压力大于其所受重力，处于超重状态。,2、汽车过凹桥时，在最低点时，车对凹桥的压力怎样？,二、拱形桥,1、汽车静止在桥上与通过桥时的状态是否相同？,.,20,汽车过凸桥,.,21,FNG即汽车对桥的压力小于其所受重力，处于失重状态。,3、汽车过凸桥时，在最高点时，车对凸桥的压力又怎样？,.,22,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。,4、汽车过凸桥时，若汽车的运动速度变大，压力如何变化？,.,23,如下图所示，汽车的运动能用上面的方法求解吗？,说一说,F牵,FN,G1,G2,G,f,.,24,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，地面对车的支持力为零？这时驾驶员与座椅之间的压力是多少？,.,25,三.航天器中的失重现象,在绕地球做匀速圆周运动的宇宙飞船中的宇航员，除了地球引力外，还可能受到飞船座舱对他的支持力FN,当时,座舱对他的支持力FN=0,航天员处于完全失重状态,.,26,四、离心运动,A,做圆周运动的物体，在所受合外力突然消失或不足以提供圆周运动所需向心力时，就做逐渐远离圆心的运动，这种运动就叫离心运动。,当F心合=Fn，做圆周运动,当F心合=0或F合Fn，做向心(近心)运动,.,27,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。,.,28,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。,离心干燥器,o,Fm2r,F,v,.,29,3、用离心机把体温计的水银柱甩回玻璃泡内,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，水银柱做离心运动而进入玻璃泡内。,.,30,关于制作棉花糖的原理,它的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时,迅速冷却凝固,变得纤细雪白,像一团团棉花。,.,31,(2)离心运动的防止,在水平公路上行驶的汽车转弯时,Ffmax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。,mg,FN,讨论,FN=0,杆既可以提供拉力,也可以提供支持力。,FN,FN,.,38,重力、绳的拉力,重力、杆的拉力或支持力,重力、外管壁的支持力或内管壁的支持力,竖直平面内的变速圆周运动,重力，桥面支持力,.,39,练习:用钢管做成半径为R=0.5m的光滑圆环(管径远小于R)竖直放置,一小球(可看作质点,直径略小于管径)质量为m=0.2kg在环内做圆周运动,求:小球通过最高点A时,下列两种情况下球对管壁的作用力。取g=10m/s2A的速率为1.0m/sA的速率为4.0m/s,.,40,解：,先求出杆的弹力为0的速率v0,mg=mv02/l,v02=gl=5,v0=2.25m/s,(1)v1=1m/sv0球应受到外壁向下的支持力N2如图所示:,得FN2=4.4N,由牛顿第三定律,球对管壁的作用力分别为:(1)对内壁1.6N向下的压力;(2)对外壁4.4N向上的压力。,.,41,练习、如图示，质量为M的电动机始终静止于地面，其飞轮上固定一质量为m的物体，物体距轮轴为r，为使电动机不至于离开地面，其飞轮转动的角速度应如何？,解：当小物体转到最高点时，,对底座,受到重力Mg和物体对底座的拉力T,为使电动机不至于离开地面，必须TMg,对物体,受到重力mg和底座对物体的拉力T,由圆周运动规律有mg+T=mr2,即mr2(M+m)g,.,42,例1：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？,解：隔离A，据牛二律,F=m2r,隔离B，F=mg,联立解得=,=,r=0.2,实例研究连接体问题,.,43,例2：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,问在什么范围内m会处于静止状态,mg,解：研A即将向圆心滑动状态，据牛二律,F=,隔离B，F=mg,r=0.2,Mg,a1,N,f,联得,研A即将背离圆心滑动状态，据牛二律,F=,隔离B，F=mg,联得,.,44,例3：轻杆长L=1m,其两端各连接质量为1kg的小球，杆可绕距B端0.2m处的轴o在竖直面内自由转动，轻杆由水平静止转至竖直方向，A球在最低点时的速度大小为4m/s，求此时B