《水平面内的匀速圆周运动实例分析》

.,水平面内的圆周运动实例分析,三明二中罗华权,高一（5）班2019.4.23,.,生活中常见的水平面内的圆周运动,.,汽车转弯实例分析,.,思考：视频中的汽车为什么没能安全转弯？,影响汽车能否安全转弯的因素有哪些呢？,请同学们用学过的物理知识来分析一下,.,横向摩擦力提供向心力！,切向摩擦力跟牵引力平衡(匀速转弯),汽车在水平路面转弯时的受力情况分析,.,向心力由沿转弯半径方向的静摩擦力提供,转弯时速度越大，汽车受到的静摩擦力越大,静摩擦力可以无限制增大吗？,如果要让汽车安全转弯，向心力需要满足怎样的关系？,.,那在怎样的情况下汽车恰好能安全转弯呢？,最大静摩擦力恰好提供转弯所需要的向心力时有：,可得：汽车在水平路面上能完全转弯的最大速度：,.,若汽车在水平路面上转弯时，,思考：,能否通过实验验证？,.,O,旋转圆盘模型绕轴匀速旋转的水平圆盘上放置一小车，小车相对圆盘静止，试分析小车的向心力来源。,小车受力情况：,竖直向下的重力G,G,竖直向上的支持力N,N,水平方向指向圆心的摩擦力f,小车做圆周运动所需向心力：,由圆盘对小车的静摩擦力f提供,f,.,例1设质量为m的汽车沿半径为R的水平圆形跑道匀速率行驶，若汽车与水平路面的动摩擦因数为，最大静摩擦力近似等于滑动摩擦力，重力加速度为g。要使汽车不侧滑，则汽车行驶的最大速率是多少？,解：,.,(1)潮湿路面或者路面有沙粒易出现交通事故，原因：_。,(2)急弯易出现交通事故，原因_。,思考与讨论,减小,R减小,如果汽车转弯时的速度过大，容易出现打滑、翻车等事故。有什么解决措施可以提高汽车转弯时的速度？,.,有没有解决的方法？,解决方法：汽车转弯时，为防止打滑（飘移）、翻车，弯道的公路通常做成外高内低的斜面。,.,交通部北京汽车试验场,海南汽车试验场,汽车试验场,.,汽车在外高内低的弯道上转弯,向心力由重力和支持力的合力提供,受力分析,.,此时，不需横向摩擦力提供向心力，汽车能够安全转弯。这个理想的转弯速度取决于弯道的半径和倾角。,.,汽车有向弯道外侧滑动的趋势,汽车有向弯道内侧滑动的趋势,.,二、火车转弯向心力分析,.,观察火车车轮与铁轨的构造,.,你有仔细观察过火车车轮与铁轨的构造，并描述它们的特点？,轮缘半径大于车轮半径，轨道将两车轮的轮缘卡在里面。,.,1.如果铁路弯道是水平的，那么火车转弯时向心力由什么力提供？,向心力：,向心力由外侧轨道对车轮轮缘的挤压力提供.,.,危害：由于火车质量大，速度也大，车轮轮缘对外侧轨压力大，所以对轨道容易造成损坏，怎样解决这一问题。,.,合作与探究,请设计一个方案让火车沿轨道安全通过弯道,【学生活动】设计火车弯道学生分组讨论，提出可行性方案,.,【方案剖析】,火车转弯规定的临界速度:,解析：,重力G与支持力N的合力F合是使火车转弯的向心力,.,火车转弯规定速度为：,.,火车转弯视频,.,【研究与讨论】,如果火车在转弯处的速度不等于规定速度，会发生怎样情况？,.,火车行驶速率vv规定,当火车行驶速率vv0时，外轨对轮缘有向里的侧压力,G,N,N,火车行驶速率vv规定时,G,N,N,当火车行驶速率vv0时，内轨对轮缘有向外的侧压力,.,【物理与生活】我国高铁技术快速发展，已进行了六次大提速，时速可高达250公里，这为我国经济腾飞注入新的活力。假设你是一位从事铁路设计的工程师，你认为火车提速有必要对铁路转弯处进行改造吗？应如何改造？,.,例2火车在半径r900m的弯道转弯，火车质量为8105kg，轨道宽为l1.4m，外轨比内轨高h14cm，为了使铁轨不受轮缘的挤压，给你一块路牌来限制火车速度，这块路牌上速度应填多少？(很小时，可以近似认为tansin；g取10m/s2),解析若火车在转弯时铁轨不受挤压，即由重力和支持力的合力提供向心力，火车转弯平面是水平面。火车受力如图所示，由牛顿第二定律得：,由于很小，可以近似认为,解式得：v30m/s=108km/h,.,.,飞机在空中盘旋,.,（3）对物体进行受力分析，受力分析找出向心力的来源（半径方向的合力）。,（2）明确圆周运动平面，确定运动的轨迹、圆心位置0及半径r,（1）明确研究对象（做圆周运动的物体）,解圆周运动问题的分析思路,小结：,.,1.在水平面上转弯的汽车，提供向心力的是()A.重力和支持力的合力B.静摩擦力C.滑动摩擦力D.重力、支持力和牵引力的合力,B,.,2.在世界一级方程式锦标赛中，赛车在水平路面上转弯时，常常在弯道上冲出跑道，其原因是（）A.是由于赛车行驶到弯道时，运动员未能及时转动方向盘造成的B.是由于赛车行驶到弯道时，没有及时加速造成的C.是由于赛车行驶到弯道时，没有及时减速造成的D.是由于在弯道处汽车受到的摩擦力比在直道上小造成的,【解析】选C.由于路面材料及粗糙程度没变，所以直道弯道的摩擦应该是相同的，故D错.对汽车受力分析可知真正使车转弯的应该是地面给车的静摩擦力，之所以滑出是由于车速过高需要的向心力大于最大静摩擦力，此时即使转动方向盘也没用，所以A、B错，只有C对.,C,.,3.某游乐场里的赛车场地为圆形，半径为250m一赛车和乘客的总质量为100kg，车轮胎与地面间的最大静摩擦力为600N（1）若赛车的速度达到72km/h，这辆车在运动过程中会不会发生侧移？（2）若将场地建成外高内低的圆形，且倾角为45，要使赛车不受侧向摩擦力，赛车行驶速度为多少？,.,O,一、旋转圆盘模型水平绕轴匀速旋转的圆盘上放置一木块，木块相对圆盘静止，试分析木块的向心力。,木块受力：,竖直向下的重力G,G,竖直向上的支持力N,N,水平方向指向圆心的摩擦力f,木块做圆周运动所需向心力：,由圆盘对木块的静摩擦力f提供,f,.,二、圆锥摆小球做圆锥摆时细绳长L，与竖直方向成角，求：小球做匀速圆周运动的角速度。,O,O,mg,T,F,小球受力：,竖直向下的重力G,沿绳方向的拉力T,小球的向心力：,由T和G的合力提供,解：,L,小球做圆周运动的半径,由牛顿第二