58《生活中的圆周运动》PPT课件.ppt

1、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：,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,F,“供需”平衡 物体做匀速圆周运动,向心力公式的理解,从“供” “需”两方面研究做圆周运动的物体,赛道的设计,列车速度过快，造成翻车事故,实例研究1火车过弯,火车以半径R在水平轨道上转弯，火车质量为M，速度为v。分析火车的向心力情况。,实例研究1火车转弯,实例研究1火车转弯,FN,向心力由外侧轨道对车 轮轮缘的挤压力提供.,研究讨论:,1、如何减轻火车对轨道的侧压力？,实际火车车轮与铁轨模型,

2、2、优点,1、做圆周运动时向心力由哪些力提供？,摩擦力、轮缘与铁轨间的弹力的合力提供,3、缺点,结构简单，便于实现,轮缘与铁轨有挤压，车轮与铁轨都有磨损,垫高外轨,利用支持力的分力提供一部分向心力，达到“供需”平衡。,2、优点,1、做圆周运动时向心力由哪些力提供？,3、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,实例研究1火车过弯,火车以半径R= 300 m在水平轨道上转弯，火车质量为8105kg，速度为30m/s。铁轨与轮之间的动摩擦因数=0.25。,设向心力由轨道指向圆心的静摩擦力提供,代入数据可得： Ff=2.4106N,但轨道提供的静摩擦力最大值： Ff静m=mg=1.

3、96106N,“供需”不平衡，如何解决？,研究与讨论,1、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。,2、最佳方案,火车以半径R= 900 m转弯，火车质量为8105kg ，速度为30m/s，火车轨距l=1.4 m，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：,=0.14m,研究与讨论,3、若火车速度与设计速度不同会怎样？,外侧,内侧,过大时： 外侧轨道与轮之间有弹力,过小时： 内侧轨道与轮之间有弹力,需要轮缘提

4、供额外的弹力满足向心力的需求,4、若火车车轮无轮缘，火车速度过大或过小时将向哪侧运动？,过大时：火车向外侧运动 过小时：火车向内侧运动,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=,F,F,实例研究2过拱桥,1、汽车过拱桥是竖直面内圆周运动的典型代表 2、研究方法与水平面内圆周运动相同,比较在两种不同桥面，桥面受力的情况，设车质量为m，桥面半径为R，此时速度为v。,失重,超重,最高点,最低点,研究与讨论,1、若速度过快，汽车做何种运动？,提供的向心力不足，做离心运动，离开桥面做平抛运动,2、有无可能做这样的运动？

5、若可能应满足怎样的条件？,说一说：,汽车不在拱形桥的最高或最低点 时，它的运动能用上面方法求解吗？,R,G,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,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,三、航天器中的失重现象,三、航天器中的失重现象,假设宇宙飞船总质量为M，它在地球表面附近绕地球做匀速圆周运动，其轨道半径近似等于地球半径R，航天员质量为m，宇宙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: 1、座舱对宇

6、航员的支持力? 2、此时飞船的速度多大? 3、通过求解你可以得出什么结论?（怎样理解失重现象？）,航天器绕地球做近似地匀速圆周运动，此时重力提供了向心力。航天器中的人随航天器一起做匀速圆周运动，其向心力也是由重力提供的，此时重力完全用来提供向心力，不对其他物体产生压力，即里面的人和物处于完全失重状态。,离心运动的应用,四、离心运动,1、做圆周运动的物体一旦失去向心力的作用，它会怎样运动？为什么？ 2、如果物体受到的合外力不足以提供向心力，它会怎样运动？为什么？,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的情况下，就做逐渐远离圆心的运动。这种运动叫做离心运动。,

7、1、离心运动：,2、物体作离心运动的条件：,离心运动的应用,1、离心干燥器的金属网笼,利用离心运动把附着在物体上的水分甩掉的装置,解释：,o,Fmr,2,F,当网笼转得比较慢时，水滴跟物体的附着力F 足以提供所需的向心力F 使水滴做圆周运动。当网笼转得比较快时，附着力 F 不足以提供所需的向心力 F，于是水滴做离心运动，穿过网孔，飞到网笼外面。,2、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。,要使原来作圆周运动的物体作离心运动，该怎么办？,？问题一：,A、提高转速，使所需向心力增大到大于物体所受合外力。,B、减小合外力或使其消失,离心运动的危害,高速转动的砂轮、飞轮等，都不得超过允许的最大转速。转速过高时，砂轮、飞轮内部分子间的相互作用力不足以提供所需的向心力，离心运动会使它们破裂