高中物理_必修2_5.7《生活中的圆周运动》(1)

1、5.75.7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：rvmFn22222vFmammrmvmrrT 向向（）1、描述圆周运动快慢的量及关系描述圆周运动快慢的量及关系v =T2r=T2v =r2、向心加速度、向心加速度an = = v2ran = = r2an = = r 42T 23、向心力、向心力Fn= =m v2rFn= =m2rFn = =m r 42T 2Frvm2“供需供需”平衡平衡 物体做匀速圆周运动提供物体做匀速圆周运动的力物体做匀速圆周运动所需的力向心力公式的理解=从从“供供” “需需”两方面两

2、方面研究做圆周运动的物体研究圆周运动的要点 从“供”“需”两方面来进行研究 “供”分析物体受力，求沿半径方向的合外力 “需”确定物体轨道，定圆心、找半径、用公式，求出所需向心力 “供”“需”平衡做圆周运动 “供”“需”不平衡做离心运动或向心运动思考：思考： 在平直轨道上匀在平直轨道上匀速行驶的火车，速行驶的火车，火车受几个力作火车受几个力作用？这几个力的用？这几个力的关系如何？那火关系如何？那火车转弯时情况会车转弯时情况会有何不同呢？有何不同呢？ 火车转弯时是在火车转弯时是在做圆周运动，那做圆周运动，那么是什么力提供么是什么力提供向心力？向心力？实例实例车轮的构造车轮的构造火车车轮有突出的轮缘

3、火车车轮有突出的轮缘车轮介绍车轮介绍 铁路的弯道铁路的弯道内外轨道一样高内外轨道一样高2vFFmr向心力外轨对轮缘的弹力提供向心力外轨对轮缘的弹力提供向心力. 靠这种办靠这种办法得到的向法得到的向心力缺点是心力缺点是什么？如何什么？如何解决这一实解决这一实际问题？际问题？【最佳方案】【最佳方案】外轨略高于内轨外轨略高于内轨GFNF合合【方案剖析】【方案剖析】nFF合Rvmmg2tan火车转弯规定火车转弯规定临界速度临界速度: :tanvRg临界解析：解析：重力重力G与支持力与支持力FN的合力的合力F合合是使火车转弯的向心力是使火车转弯的向心力GNFtantannFFGmg当当 很小时，很小时，

4、2sintan,sinnnhlhFmglvFmRghRvLNhF 如图，斜面轨道倾角如图，斜面轨道倾角为为，转弯半径转弯半径R，要使，要使车轮对内外轨都无压力车轮对内外轨都无压力,质量为质量为m的火车运行的速的火车运行的速率应该多大率应该多大?火车拐弯应以规定速度行驶火车拐弯应以规定速度行驶FF合向0tanvgr G【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？ 讨论：讨论：1.当当v , F提提 合力不足以提供向心力合力不足以提供向心力 外轨对轮缘有挤压；外轨对轮缘有挤压；2.当当v= , = F提提合力恰好等于向心力合力恰好等于向心力 内外轨对轮缘都无挤压内外轨对轮

5、缘都无挤压3.当当 v , v规定规定当火车行驶速率当火车行驶速率vv规定规定时时 当火车行驶速率当火车行驶速率vv规定规定时时GNN火车行驶速率火车行驶速率vv规定规定GNN外轨对轮缘有侧压力外轨对轮缘有侧压力内轨对轮缘有侧压力内轨对轮缘有侧压力注意1、火车转弯时向心力是水平的、火车转弯时向心力是水平的 从这个例子我们进一步知道从这个例子我们进一步知道 ：2、向心力是按效果命名的力，、向心力是按效果命名的力，如果认为做匀速圆周运动的物如果认为做匀速圆周运动的物体除了受到另外物体的作用，体除了受到另外物体的作用，还要再受到一个向心力，那就还要再受到一个向心力，那就不对了。不对了。 公路上的拱公

6、路上的拱形桥是常见的，形桥是常见的，汽车过桥时，汽车过桥时，也可以看做圆也可以看做圆周运动。那么周运动。那么是什么力提供是什么力提供汽车的向心力汽车的向心力呢？呢？思考：思考：实例二、汽车过桥二、汽车过桥123讨论 质量为m的汽车在拱形桥上以速度v行驶，若桥面的圆弧半径为R，试画出受力分析图，分析汽车通过桥的最高点时对桥的压力 汽车通过桥最高点时，汽车通过桥最高点时，车对桥的压力车对桥的压力以以“凸形桥凸形桥”为例分析：为例分析：1、分析汽车的受力情况、分析汽车的受力情况2、找圆心、找圆心3、确定、确定F合合即即F向心力向心力的方向。的方向。4、列方程、列方程NGF合合= G-NFF合向心力2

7、vGNmR2vNGmR2vNNGmR压力 思考：汽车不在拱形桥的最高点或最低点思考：汽车不在拱形桥的最高点或最低点时，它的运动能用上面的方法求解吗？时，它的运动能用上面的方法求解吗？ （2cosNmvmgFr思考：汽车在拱形桥顶端的速度不同，思考：汽车在拱形桥顶端的速度不同，桥对车的支持力也不同，有什么不同呢桥对车的支持力也不同，有什么不同呢 ？你见过你见过凹形凹形的桥吗？的桥吗？泸定桥拓展拓展 下面自己分析汽车通过凹形桥最低点时，汽车对桥的压力比汽车的重力大些还是小些? 学生分析汽车通过最底点时车对桥学生分析汽车通过最底点时车对桥 (过过水路面水路面)的压力的压力 2vNGmr2vN G m

8、Gr2vN G mGr 小结：小结：说一说 汽车不在拱形桥的最高点或最低点时，它的运动该如何求解？为什么？地球可以看做一个巨大的地球可以看做一个巨大的拱形桥，桥面的半径就是地拱形桥，桥面的半径就是地球的半径。会不会出现这样球的半径。会不会出现这样的情况：速度大到一定程度的情况：速度大到一定程度时，地面对车的支持力是零？时，地面对车的支持力是零？这时驾驶员与座椅之间的压这时驾驶员与座椅之间的压力是多少？力是多少？思考与讨论思考与讨论该“思考与讨论”中描述的情景其实已经实现，不过不是在汽车上，而是在航天飞机中 汽车速度增大汽车速度增大v思维拓展思维拓展分析 假设宇宙飞船总质量为假设宇宙飞船总质量为

9、M，它在地球表面附，它在地球表面附近绕地球做匀速圆周运动近绕地球做匀速圆周运动,速率为速率为V，其轨道半，其轨道半径近似等于地球半径径近似等于地球半径R，航天员质量为，航天员质量为m，宇宙，宇宙飞船和航天员受到的地球引力近似等于他们在飞船和航天员受到的地球引力近似等于他们在地面上的重力试求座舱对宇航员的支持地面上的重力试求座舱对宇航员的支持力通过求解你可以得出什么结论力通过求解你可以得出什么结论?一宇宙飞船绕地球做匀速圆周运动，距地面一二一宇宙飞船绕地球做匀速圆周运动，距地面一二百千米时，它的轨道半径近似等于地球半径，航百千米时，它的轨道半径近似等于地球半径，航天员受到地球引力近似等于重力天员

10、受到地球引力近似等于重力22()NNvm gFmRvFmgRvgR船舱对航天员的支持力为零，航天员船舱对航天员的支持力为零，航天员处于失重状态。处于失重状态。观察观察1 1、定义：、定义： 当向心力突然消失或者指向圆心的合力不足当向心力突然消失或者指向圆心的合力不足时，物体做逐渐远离圆心的运动，叫做离心运时，物体做逐渐远离圆心的运动，叫做离心运动。动。实例向心、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=rvm2匀速圆周运动Frvm2向心运动赛道的设计2、离心运动的应用与防止、离心运动的应用与防止用离心机把用离心机把体温计的水体温

11、计的水银柱甩回玻银柱甩回玻璃泡内璃泡内制作棉花糖的原理：制作棉花糖的原理：内筒与洗衣机的脱水筒相似，里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，较低的外筒，并迅速冷却凝固，变得纤细雪白，像一团团棉花。变得纤细雪白，像一团团棉花。OF静静vOFv一、铁路的弯道一、铁路的弯道 1讨论向心力的来源： 2外轨高于内轨时重力与支持力的合力是使火车转弯的向心力 3讨论：为什么转弯处的半径和火车运行速度有条件限制?二、拱形桥二、拱形桥1思考：汽车过拱形桥时，对桥面的压力与重力谁大?2圆周运动中的超重、失重情况三、航天器中的失重现象三、航天器中的失重现象四、离心运动四、离心运动1离心现象的分析与讨论2离心运