§5.6匀速圆周运动实例分析.ppt

第八节,匀速圆周运动实例分析,大同机车中学高中物理课件组,1、知道向心力是物体沿圆周半径方向的合外力。2、知道向心力、向心加速度的公式也适用于变速圆周运动。3、会在具体问题中分析向心力的来源。,学习目标：,复习,物体做圆周运动，需要有向心力。向心力的作用：不断改变物体的速度方向，从而维持物体做圆周运动。物体所受合外力（F合）提供向心力（F向）；若F合F向，则物体不会再保持圆周运动；,实例一：汽车转弯自行车转弯时，稍一倾斜就过去了，摩托车转弯倾斜度要大一些。摩托赛车时转弯，倾斜度更大，几乎倒在地上。问：什么力提供向心力？向心力与倾斜度有关吗？有何关系？,解答：,由地面对车的静摩擦力提供,有关系，倾斜度越大，向心力越大,实例二、火车转弯,火车在平直轨道上匀速行驶时，所受的合力等于0，那么当火车转弯时，我们说它做圆周运动，那么是什么力提供火车的向心力呢？,c：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。,1、内外轨道一样高时,G,FN,F,a：此时火车车轮受三个力：重力、支持力、外轨对轮缘的弹力。,b：外轨对轮缘的弹力F提供向心力。,如何减小轮缘对铁轨的损坏？,使轮缘不挤压铁轨,铁轨对轮缘的弹力为0,火车只受重力和支持力，F合=0,没有向心力，火车不会转弯，只能保持原来运动状态。,如何使火车产生指向圆心的向心力呢？,使外轨略高于内轨，产生一个高度差。,目的：使支持力N方向改变，N和G的合力提供向心力！,说明：转弯处要选择内外轨适当的高度差，使转弯时所需的向心力F完全由重力G和支持力N的合力来提供，这样外轨就不受轮缘的挤压了。,转弯处-外轨略高于内轨。,向心力,2、外轨略高于内轨时,若铁路转弯处的圆弧半径为r，轨距为d，规定火车通过这里的速度为v，内外轨的高度差h为多少才能使铁轨不受轮缘的挤压？,解：,由于轨道平面与水平面间的夹角一般很小，可以近似认为,高度差由转弯半径和规定速度决定！,讨论：,1、轮缘与铁轨无挤压时：即火车按规定速度行驶。,2、若火车实际速度超过规定速度V时：,所需向心力F向F合,此时轮缘仍挤压外轨，所差向心力由外轨对轮缘的弹力来弥补。车速过快，容易向外翻车。,3、若火车实际速度小于规定速度V时：,所需向心力F向F合,此时内侧轮缘挤压内侧铁轨，多余的合外力与内侧铁轨对内侧轮缘的弹力平衡。有可能向内侧翻车！,实例三：汽车过拱桥的问题,汽车在拱桥上以速度v前进，桥面的圆弧半径为R，求汽车过桥的最高点时对桥面的压力？,e:又因支持力与压力是一对作用力与反作用力，所以,a：选汽车为研究对象,b：对汽车进行受力分析：受到重力和桥对车的支持力,c：上述两个力的合力提供向心力、且向心力方向向下,d：建立关系式：,F向=G-F1=,2,mv,r,且,解析：,说明：上述过程中汽车做的不是匀速圆周运动，我们仍使用了匀速圆周运动的公式，原因是向心力和向心加速度的公式对于变速圆周运动的瞬时同样适用。,此时汽车处于失重状态,汽车过桥的速度是否可以无限制?,由上式可知:当汽车到达桥顶的速度增大时，所需向心力增大；则汽车所受合外力必须增大才能满足向心力增大的要求。而汽车的重力G不变，所以F1会减小。当F1减小到0时，汽车的向心力完全由G提供，此时汽车达到允许的最大速度。,若汽车至桥顶时的速度超过最大速度，会如何？,当汽车过桥速度大于规定的最大速度，重力不足以提供向心力，则汽车会沿切线飞出，造成事故。,（4）解方程，对结果进行必要的讨论。,运用向心力公式解题的步骤：,（1）明确研究对象，确定它在哪个平面内做圆周运动，找到圆心和半径。,（2）确定研究对象在某个位置所处的状态，进行具体的受力分析，分析是哪些力提供了向心力。,（3）建立以向心方向为正方向的坐标，据向心力公式列方程。,分析一下汽车通过凹形桥最低点时对桥的压力（如图）。这时的压力比汽车的重量大还是小？汽车是失重还是超重？,解析：,由于FG，示重大于实重，此时汽车超重！,实例四：汽车过凹桥,实例五：过山车,为什么过山车不会掉下来？谁提供了向心力？,小车到达顶部时，重力G和顶部对小车的弹力N的合外力提供小车继续做圆周运动所需向心力。,由上式可以看出：当小车到达顶部的速度增加时，所需向心力增加，此时顶部对小车的弹力也随之相应增加才能满足要求。,小车的速度满足什么条件时不会掉下来？,当小车到达顶部的速度减小时，所需向心力减小，顶部对小车的弹力也随之减小，当N=0时，所需向心力完全由重力G提供，此时的速度为顺利过顶的最小速度。,实例六：细绳拴球做圆周运动,1、小球在最底点时：绳子的拉力T和球的重力G的合力提供向心力。,2、小球在最高点时：绳子的拉力T和球的重力G的合力提供向心力。,小球上升到最高时的最小速度为多少,实例六：硬杆拴球做圆周运动,1、小球在最