57+生活中的圓周運動（課件）(1)

1、介休市融媒體課堂高一物理5.7生活中的圓周運動 介休一中 介休市教學能手 郭曉東2020年2月27日仔細觀察下面兩幅圖片，研究工程師們設(shè)計的公路彎道有什么特點？并仔細觀察下面兩幅圖片，研究工程師們設(shè)計的公路彎道有什么特點？并思考為什么要這樣設(shè)計？思考為什么要這樣設(shè)計？ 課堂引入：一、鐵路的彎道一、鐵路的彎道問題問題1 1：火車車輪與鐵軌的構(gòu)造是怎樣的？火車車輪與鐵軌的構(gòu)造是怎樣的？ 輪緣輪緣問題問題2 2：在平直軌道上勻速行駛的火車受幾個力作用？在平直軌道上勻速行駛的火車受幾個力作用？這幾個力的關(guān)系如何？這幾個力的關(guān)系如何？ 外軌對輪緣外軌對輪緣的側(cè)向彈力的側(cè)向彈力提供向心力提供向心力.問題問

2、題3 3：如果火車在水平彎道上轉(zhuǎn)彎，試分析其受力情況及如果火車在水平彎道上轉(zhuǎn)彎，試分析其受力情況及向心力的來源。向心力的來源。 此種方式此種方式的缺點是的缺點是什么？如什么？如何解決這何解決這一問題？一問題？由于火車質(zhì)由于火車質(zhì)量很大，所量很大，所以拐彎時受以拐彎時受到的擠壓力到的擠壓力很大，鐵軌很大，鐵軌和輪緣易受和輪緣易受損變形損變形當外軌略高于當外軌略高于內(nèi)軌，沒有側(cè)向壓力時內(nèi)軌，沒有側(cè)向壓力時火車轉(zhuǎn)彎時所需的向心力火車轉(zhuǎn)彎時所需的向心力是由是由G和和FN的合力提供。的合力提供。請分析火車受力情況請分析火車受力情況并畫出受力示意圖并畫出受力示意圖hFL火車規(guī)定的行駛速度火車規(guī)定的行駛速度

3、F=mgtan=FNG G2mvRgRhvLsin=h/L在在很小的情況下很小的情況下 tanh/L若火車速度與設(shè)計速度不同會怎樣若火車速度與設(shè)計速度不同會怎樣? ?外側(cè)外側(cè)內(nèi)側(cè)內(nèi)側(cè)F過大時：過大時：外側(cè)軌道與輪之間有彈力外側(cè)軌道與輪之間有彈力過小時過小時：內(nèi)側(cè)軌道與輪之間有彈力內(nèi)側(cè)軌道與輪之間有彈力需要輪緣提供額外的彈力滿足向心力的需求需要輪緣提供額外的彈力滿足向心力的需求FNmgrvmFF2 rvmFF2 FNFN1.1.分析汽車的受力情況分析汽車的受力情況GFN2.2.找圓心找圓心圓心圓心O3.3.確定確定F合合即即Fn n的方向的方向 Fn4.4.根據(jù)根據(jù)F合合= =Fn n列列方程方

4、程注意公式中注意公式中v用汽車過橋頂時的瞬時速度用汽車過橋頂時的瞬時速度情形一：凸形橋情形一：凸形橋rmvFmgN2rmvmgFN2二：汽二：汽車過拱形橋車過拱形橋1.1.分析汽車的受力情況分析汽車的受力情況GFN2.2.找圓心找圓心圓心圓心03.3.確定確定F合合即即Fn n的方向的方向Fn4.4.根據(jù)根據(jù)F合合= =Fn n列列方程方程注意公式中注意公式中v用汽車過橋底時的瞬時速度用汽車過橋底時的瞬時速度情形二：凹形橋情形二：凹形橋rmvmgFN2rmvmgFN2rvmGFN2rvmGFN2FN=G【規(guī)律總結(jié)規(guī)律總結(jié)】汽車汽車對橋面對橋面 的的壓力壓力超重、失重狀超重、失重狀態(tài)態(tài)最高點最高

5、點最低點最低點2NvFG mGr2NvFG mGr 規(guī)律總結(jié)規(guī)律總結(jié)地球可以看做一個巨大的拱形橋，地球可以看做一個巨大的拱形橋，橋面的半徑就是地球的半徑。會橋面的半徑就是地球的半徑。會不會出現(xiàn)這樣的情況：速度大到不會出現(xiàn)這樣的情況：速度大到一定程度時，地面對車的支持力一定程度時，地面對車的支持力是零？這時駕駛員與座椅之間的是零？這時駕駛員與座椅之間的壓力是多少？壓力是多少？.V VR=6400km知識拓展知識拓展拓展：航天器中的失重現(xiàn)象拓展：航天器中的失重現(xiàn)象對宇航員：對宇航員：rvmFmgF2NnrvmmgF2N時，當grv FN = 0，宇航員處于，宇航員處于完全失重完全失重狀態(tài)狀態(tài)rmg

6、FN四、離心運動四、離心運動1.1.定義：定義：當向心力突然消失或者指向圓心的合力不足時，物體做逐漸當向心力突然消失或者指向圓心的合力不足時，物體做逐漸遠離圓心的運動，叫做遠離圓心的運動，叫做離心運動離心運動F=0F=mv2/rFmv2/rF Fmvmv2 2/r:/r:供不應求供不應求, ,離心而去離心而去. . F=0F=0F Fmvmv2 2/r/rF=mvF=mv2 2/r/rF Fmvmv2 2/r/rF=mvF=mv2 2/r:/r:供求相當供求相當, ,圓周運動圓周運動. .F Fmvmv2 2/r:/r:供大于求供大于求, ,向心而來向心而來. .供供: :合外力合外力求求:

7、:向心力向心力比較總結(jié)比較總結(jié)離離心心拋拋擲擲離離心心脫脫水水離離心心分分離離離離心心甩甩干干2.2.離心運動的應用與防止離心運動的應用與防止, ,你知道哪些離心運動的應用？你知道哪些離心運動的應用？例1.內(nèi)壁光滑的圓錐筒固定不動，其軸線豎直，如圖所示，有兩個質(zhì)量相同的小球A和B緊貼內(nèi)壁分別在圖示的水平面內(nèi)做勻速圓周運動，則（ ）A.A球線速度必定大于B球線速度B.A球角速度必定小于B球角速度C.A球運動周期必定大于B球運動周期 D.A球?qū)ν脖诘膲毫Ρ囟ù笥贐球?qū)ν脖诘膲毫BC【典例典例2】細繩一端系一質(zhì)量細繩一端系一質(zhì)量為為M=0.6 kg的物體的物體A,靜靜止止在水平轉(zhuǎn)臺在水平轉(zhuǎn)臺上上,

8、另一端通過光滑小孔吊著另一端通過光滑小孔吊著質(zhì)量質(zhì)量m=0.3 kg的物體的物體B,M的中心距的中心距圓孔圓孔0.2 m,已知已知M與轉(zhuǎn)臺平與轉(zhuǎn)臺平面間的最大靜摩擦力是面間的最大靜摩擦力是2N,現(xiàn)使此轉(zhuǎn)臺繞中心軸線轉(zhuǎn)現(xiàn)使此轉(zhuǎn)臺繞中心軸線轉(zhuǎn)動動,問問在什么范圍內(nèi)在什么范圍內(nèi)B會處于靜止狀態(tài)？會處于靜止狀態(tài)？AB解題關(guān)鍵：解題關(guān)鍵：1.A做圓周運動的向心力由什么力提供？做圓周運動的向心力由什么力提供？2.B靜止時，靜止時，A做什么運動？做什么運動？3.A所受摩擦力是哪種摩擦力？所受摩擦力是哪種摩擦力？A與與轉(zhuǎn)臺間發(fā)生滑動的臨界條件是什么？轉(zhuǎn)臺間發(fā)生滑動的臨界條件是什么？解析解析：當當A即將背離圓心滑動時，摩擦力向里即將背離圓心滑動時，摩擦力向里對于對于B：F = = mg F+f=M12r聯(lián)得聯(lián)得同理，當同理，當A A即將向圓心滑動時即將向圓心滑動時, , 摩擦力向外摩擦力向外rad/s31551rMfmgrad/s3352rMfmgrad/s3155rad/s335的變化范圍是：即1.1.火車轉(zhuǎn)彎火車轉(zhuǎn)彎受力特點：受力特點：由于外側(cè)高于內(nèi)側(cè)，重力和支持由于外側(cè)高于內(nèi)側(cè)，重力和支持力的合力提供向心力力的合力提供向心力F=mgtan= m m R Rv v2 2v= gRtan轉(zhuǎn)彎限速取決于拐彎半徑和斜面傾角轉(zhuǎn)彎限速取決于拐彎半徑和斜面傾角課