高中物理人教版必修2第五章第7節(jié)：生活中的圓周運(yùn)動(dòng)ppt課件

1、生活中的圓周運(yùn)動(dòng)第七節(jié)第七節(jié)實(shí)例研討實(shí)例研討火車轉(zhuǎn)彎火車轉(zhuǎn)彎火車以半徑火車以半徑R= 300m在程度軌道上轉(zhuǎn)彎在程度軌道上轉(zhuǎn)彎,火車質(zhì)量火車質(zhì)量為為8105kg,速度為速度為30m/s。鐵軌與輪之間的動(dòng)摩。鐵軌與輪之間的動(dòng)摩擦因數(shù)擦因數(shù)=0.25。OmgFNFfRvmFf2設(shè)向心力由軌道指向圓心的力提供設(shè)向心力由軌道指向圓心的力提供靜摩擦靜摩擦代入數(shù)據(jù)可得代入數(shù)據(jù)可得:Ff=2.4106N最正確設(shè)計(jì)方案最正確設(shè)計(jì)方案火車以半徑火車以半徑R=900 m轉(zhuǎn)彎轉(zhuǎn)彎,火車質(zhì)量火車質(zhì)量為為8105kg ,速度為速度為30m/s,火車軌距火車軌距l(xiāng)=1.4 m,要使火車經(jīng)過(guò)彎道時(shí)僅受要使火車經(jīng)過(guò)彎道時(shí)僅受

2、重力與軌道的支持力重力與軌道的支持力,軌道應(yīng)該墊軌道應(yīng)該墊的高度的高度h? ( 較小時(shí)較小時(shí)tan=sin)FNmgFhtanmgFsinlhRvmF2由力的關(guān)系得:由向心力公式得:由幾何關(guān)系得:解：Rglvh2=0.14m研討與討論研討與討論假設(shè)火車速度與設(shè)計(jì)速度不同會(huì)怎樣假設(shè)火車速度與設(shè)計(jì)速度不同會(huì)怎樣?外側(cè)外側(cè)內(nèi)側(cè)內(nèi)側(cè)F過(guò)大時(shí)：過(guò)大時(shí)：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(guò)小時(shí)：過(guò)小時(shí)：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求輪緣提供額外的彈力滿足向需求輪緣提供額外的彈力滿足向心力的需求心力的需求FNFNFNmg2+NFrFvm2-NrFFvm2Fvmr列車速度過(guò)快列車速

3、度過(guò)快,呵斥翻車事故呵斥翻車事故1、汽車過(guò)拱橋、汽車過(guò)拱橋質(zhì)量為質(zhì)量為m 的汽車以恒定的速率的汽車以恒定的速率v經(jīng)過(guò)半經(jīng)過(guò)半徑為徑為r的拱橋的拱橋,如下圖如下圖,求汽車在橋頂時(shí)求汽車在橋頂時(shí)對(duì)路面的壓力是多大對(duì)路面的壓力是多大?實(shí)例研討實(shí)例研討汽車過(guò)橋汽車過(guò)橋解:汽車經(jīng)過(guò)橋頂時(shí),受力如圖:mgFNOr由牛頓第二定律:由牛頓第三定律:當(dāng)汽車經(jīng)過(guò)橋頂時(shí)的速度逐漸增當(dāng)汽車經(jīng)過(guò)橋頂時(shí)的速度逐漸增大時(shí)大時(shí)FN 和和 FN會(huì)怎樣變化會(huì)怎樣變化?FfF2NvmgFmr2NvFmgmr2NNvFFmgmr失重失重地球可以看做一個(gè)宏大的拱形橋地球可以看做一個(gè)宏大的拱形橋,橋面的半徑就橋面的半徑就是地球的半徑。會(huì)

4、不會(huì)出現(xiàn)這樣的情況是地球的半徑。會(huì)不會(huì)出現(xiàn)這樣的情況:速度大速度大到一定程度時(shí)到一定程度時(shí),地面對(duì)車的支持力為零地面對(duì)車的支持力為零?這時(shí)駕駛這時(shí)駕駛員與座椅之間的壓力是多少員與座椅之間的壓力是多少grv skmsm/9 . 7/100064008 . 9此時(shí):2vmgmr解：由可知： 拓展拓展:質(zhì)量為質(zhì)量為m的汽車以恒定的速率的汽車以恒定的速率v經(jīng)過(guò)半徑為經(jīng)過(guò)半徑為r的凹形橋面的凹形橋面,如下如下圖圖,求汽車在最低點(diǎn)時(shí)對(duì)橋面的壓力是多大求汽車在最低點(diǎn)時(shí)對(duì)橋面的壓力是多大?解:汽車經(jīng)過(guò)底部時(shí),受力如圖:GFN由牛頓第二定律:當(dāng)汽車經(jīng)過(guò)橋最低點(diǎn)時(shí)的速度逐漸增大時(shí)當(dāng)汽車經(jīng)過(guò)橋最低點(diǎn)時(shí)的速度逐漸增大

5、時(shí) FN和和FN怎樣變化怎樣變化?由牛頓第三定律：FFf2NvFmgmr2NvFmgmr2NNvFFmgmr超重比較三種橋面受力的情況rvmFGN2FN = GrvmGFN2GFNGGFNFN2NvFmgmr最高點(diǎn)：20NvFmgmr當(dāng) 時(shí)，minvgrv臨討論時(shí)，當(dāng)grv(1)2NvFmmgr時(shí)，當(dāng)grv (2)0NF 時(shí)，當(dāng)grv (3)物做近心運(yùn)動(dòng) 繩和內(nèi)軌模型實(shí)際研討mgFNv軌道提供支持力,繩子提供拉力。v 桿兒和雙軌模型能過(guò)最高點(diǎn)的臨界條件能過(guò)最高點(diǎn)的臨界條件:0臨界v當(dāng)速度當(dāng)速度v 時(shí)時(shí), 桿兒對(duì)小球是拉力桿兒對(duì)小球是拉力;當(dāng)速度當(dāng)速度v 時(shí)時(shí), 桿兒對(duì)小球是支持力桿兒對(duì)小球是支

6、持力;當(dāng)速度當(dāng)速度v = 時(shí)時(shí), 桿兒對(duì)小球無(wú)作用力。桿兒對(duì)小球無(wú)作用力。grgrgrmgFNrvmmgFN2rvmFmgN2時(shí)當(dāng)mgFN討論FN=0桿既可以提供拉力,也可以提供支持力。FNFN練習(xí)練習(xí): :用鋼管做成半徑為用鋼管做成半徑為R=0.5mR=0.5m的光滑圓的光滑圓環(huán)環(huán)( (管徑遠(yuǎn)小于管徑遠(yuǎn)小于R)R)豎直放置豎直放置, ,一小球一小球( (可看作可看作質(zhì)點(diǎn)質(zhì)點(diǎn), ,直徑略小于管徑直徑略小于管徑) )質(zhì)量為質(zhì)量為m=0.2kgm=0.2kg在在環(huán)內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)環(huán)內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng), ,求求: :小球經(jīng)過(guò)最高點(diǎn)小球經(jīng)過(guò)最高點(diǎn)A A時(shí)時(shí), ,以下兩種情況下球?qū)鼙诘淖饔昧?。以下兩種情況下球?qū)?/p>

7、管壁的作用力。 取取g=10m/s2g=10m/s2A A的速率為的速率為1.0m/s1.0m/sA A的速率為的速率為4.0m/s 4.0m/s 解：解：AOm先求出桿的彈力為先求出桿的彈力為0的速率的速率v0mg=mv02/l v02=gl=5 v0=2.25 m/s (1) v1=1m/s v0 球應(yīng)遭到外壁向下的支持力球應(yīng)遭到外壁向下的支持力N2如下圖如下圖:AOmFN2mg那么那么 mg+ FN2 =mv22/l得得 FN2 =4.4 N由牛頓第三定律由牛頓第三定律,球?qū)鼙诘淖饔昧Ψ謩e球?qū)鼙诘淖饔昧Ψ謩e為為:(1)對(duì)內(nèi)壁對(duì)內(nèi)壁1.6N向下的壓力向下的壓力;(2)對(duì)外壁對(duì)外壁4.4

8、N向上的壓力。向上的壓力。航天員在航天器中繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí),航天只受地球引力,引力為他提供了繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力F引=mv2/R,所以處于失重形狀。實(shí)例研討失重景象mg= mv2/R由此可以得出v=(Rg)1/2當(dāng)時(shí),座艙對(duì)他的支持力FN=0,航天員處于完全失重形狀?在繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的宇宙飛船中的宇航員,除了地球引力外,還能夠遭到飛船座艙對(duì)他的支持力FN。其實(shí)對(duì)于任何一個(gè)只受重力作用的飛行器或容器,其中的一切物體都處于完全失重形狀。得rvmmgFN2由rvmmg-FN2假設(shè)在近軌道繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng):=vgr o 做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體,由于慣性總有沿切線方向飛去的傾向,在合外力忽然消逝或者缺乏以提供圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力的情況下,做逐漸遠(yuǎn)離圓心的離心運(yùn)動(dòng);當(dāng)合外力大于物體做圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力時(shí),物體做離圓心越來(lái)越近的向心運(yùn)動(dòng);只需當(dāng)合外力等于所需的向心力時(shí),物體才能夠做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。F拉拉=m2rF拉拉m2rF拉拉m2rF拉拉=0離心景象離心景象離心運(yùn)動(dòng)的運(yùn)用和防止離心運(yùn)動(dòng)的運(yùn)用和防止(1)離心運(yùn)動(dòng)的運(yùn)用離心運(yùn)動(dòng)的運(yùn)用甩干雨傘上的水滴甩干雨傘上的水滴 離