高一物理必修二§5-7生活中的圓周運動(新)LI

1、5.7 5.7 生活中的圓周運動生活中的圓周運動第五章 曲線運動 知識回顧知識回顧 物體做圓周運動時，受力有何共同點物體做圓周運動時，受力有何共同點 物體要受到指向圓心的向心力物體要受到指向圓心的向心力 向心力的特點向心力的特點 方向：總是指向圓心方向：總是指向圓心 大?。捍笮。簉vmFn2分析做圓周運動的物體受力情況分析做圓周運動的物體受力情況OmgFNFfOmgFN提供向心力提供向心力受力分析受力分析FfFN+mgGNFnFrvm2“供需供需”平衡平衡 物體做勻速圓周運動物體做勻速圓周運動提提供供物體做勻速物體做勻速圓周運動的力圓周運動的力物體做勻速圓周物體做勻速圓周運動所運動所需需的力的

2、力向心力公式的理解向心力公式的理解=從從“供供” “需需”兩方面兩方面研究做圓周運動的物體研究做圓周運動的物體車輛轉(zhuǎn)彎車輛轉(zhuǎn)彎（1）自行車（或摩托車）轉(zhuǎn)彎）自行車（或摩托車）轉(zhuǎn)彎我們在騎自行車轉(zhuǎn)彎時，有向外滑出的趨勢我們在騎自行車轉(zhuǎn)彎時，有向外滑出的趨勢，地面對自行車有指向內(nèi)側(cè)的靜摩擦力，地面對自行車有指向內(nèi)側(cè)的靜摩擦力F1，這，這個靜摩擦力提供自行車轉(zhuǎn)彎時所需的向心力個靜摩擦力提供自行車轉(zhuǎn)彎時所需的向心力。根據(jù)向心力公式有根據(jù)向心力公式有 rvmFF21從公式中可以看出，轉(zhuǎn)彎時所需的向心力與轉(zhuǎn)從公式中可以看出，轉(zhuǎn)彎時所需的向心力與轉(zhuǎn)彎時的速率及半徑有關(guān)，如果轉(zhuǎn)彎時的速率過彎時的速率及半徑有關(guān)

3、，如果轉(zhuǎn)彎時的速率過大，靜摩擦力不能滿足轉(zhuǎn)彎需要大，靜摩擦力不能滿足轉(zhuǎn)彎需要思考：摩托車轉(zhuǎn)彎時車身為什么要適當思考：摩托車轉(zhuǎn)彎時車身為什么要適當傾斜？傾斜？ 2)摩托車轉(zhuǎn)彎摩托車轉(zhuǎn)彎賽車轉(zhuǎn)彎賽車轉(zhuǎn)彎火車轉(zhuǎn)彎火車轉(zhuǎn)彎（3）汽車轉(zhuǎn)彎）汽車轉(zhuǎn)彎在水平路面上轉(zhuǎn)彎在水平路面上轉(zhuǎn)彎汽車在水平路面上轉(zhuǎn)彎時的向心力汽車在水平路面上轉(zhuǎn)彎時的向心力也來源于地面的靜摩擦力，根據(jù)向心也來源于地面的靜摩擦力，根據(jù)向心力公式有力公式有rvmFF21轉(zhuǎn)彎時所需的向心力與轉(zhuǎn)彎時的速轉(zhuǎn)彎時所需的向心力與轉(zhuǎn)彎時的速率及半徑有關(guān)，如果轉(zhuǎn)彎時的速率率及半徑有關(guān)，如果轉(zhuǎn)彎時的速率過大，靜摩擦力不能滿足轉(zhuǎn)彎需要過大，靜摩擦力不能滿足轉(zhuǎn)彎

4、需要 Rvm2mgtanRgv2arctan鐵路的彎道鐵路的彎道火車車輪的構(gòu)造火車車輪的構(gòu)造火車車輪有突火車車輪有突出的輪緣出的輪緣FNFG鐵路的彎道鐵路的彎道(1)內(nèi)外軌道一樣高時轉(zhuǎn)彎火車車輪受三個力：火車車輪受三個力：重力、支持力、外重力、支持力、外軌對輪緣的彈力軌對輪緣的彈力.外軌對輪緣的彈力外軌對輪緣的彈力F提供向心力提供向心力F=F向向由于該彈力是由于該彈力是由輪緣和外軌由輪緣和外軌的擠壓產(chǎn)生的的擠壓產(chǎn)生的,且由于火車質(zhì)且由于火車質(zhì)量很大量很大,故輪緣故輪緣和外軌間的相和外軌間的相互作用力很大互作用力很大,易損壞鐵軌易損壞鐵軌.rvmF2怎么辦?鐵路的彎道生活中的圓周運動(2) 外軌

5、高內(nèi)軌低時轉(zhuǎn)彎rvmmg2tanLghrvrvmmg2sinrvmLhmg2h、r越大越大,火車轉(zhuǎn)火車轉(zhuǎn)彎越安全彎越安全GFnNhL此為火車轉(zhuǎn)此為火車轉(zhuǎn)變時的安全變時的安全速度速度r思考思考:(1)如果如果v行駛行駛v安全安全,情況如何情況如何?(2)如果如果v行駛行駛v安全安全,情況如何情況如何?很小時很小時,sin=tan,sin=tanF彈F彈Lghrv0(1)內(nèi)外軌高度相同時內(nèi)外軌高度相同時,轉(zhuǎn)彎所需的向心力由轉(zhuǎn)彎所需的向心力由_提供提供.(2)外軌高度高于內(nèi)軌，火車按設(shè)計速度行駛時，外軌高度高于內(nèi)軌，火車按設(shè)計速度行駛時，火車轉(zhuǎn)彎所需的向心力由火車轉(zhuǎn)彎所需的向心力由_提供提供.火車實

6、際行駛速度大于設(shè)計速度時火車實際行駛速度大于設(shè)計速度時,其轉(zhuǎn)彎所需的其轉(zhuǎn)彎所需的向心力由向心力由_提供提供.(3)若兩軌間距為若兩軌間距為L，外軌比內(nèi)軌高，外軌比內(nèi)軌高h，軌道轉(zhuǎn)彎半，軌道轉(zhuǎn)彎半徑為徑為r,則此處軌道的設(shè)計轉(zhuǎn)彎速度為則此處軌道的設(shè)計轉(zhuǎn)彎速度為_.1.火車轉(zhuǎn)彎外軌對輪緣的側(cè)壓力外軌對輪緣的側(cè)壓力重力和彈力的合力重力、彈力的合力和外軌對輪緣的側(cè)壓力重力、彈力的合力和外軌對輪緣的側(cè)壓力Lghrv 生活中的圓周運動(1)路面水平時轉(zhuǎn)彎所需的向心力由路面水平時轉(zhuǎn)彎所需的向心力由_力提供，若轉(zhuǎn)彎半徑為力提供，若轉(zhuǎn)彎半徑為r，路面與車輪之間的最大靜摩擦力為車重的路面與車輪之間的最大靜摩擦力為

7、車重的k倍，汽車轉(zhuǎn)彎的最大速度為倍，汽車轉(zhuǎn)彎的最大速度為_。 (2)高速公路的轉(zhuǎn)彎處高速公路的轉(zhuǎn)彎處,公路的外沿設(shè)計的比內(nèi)公路的外沿設(shè)計的比內(nèi)沿略高沿略高,若汽車以設(shè)計速度轉(zhuǎn)彎時若汽車以設(shè)計速度轉(zhuǎn)彎時,汽車轉(zhuǎn)彎汽車轉(zhuǎn)彎的向心力由的向心力由_提供提供.2汽車轉(zhuǎn)彎靜摩擦力靜摩擦力kgrv 重力和彈力的合力重力和彈力的合力 例、汽車質(zhì)量為例、汽車質(zhì)量為m，通過橋最高點速度為，通過橋最高點速度為v，橋半徑，橋半徑 為為r，求汽車在橋頂時對路面的壓力是多大？，求汽車在橋頂時對路面的壓力是多大？ 二、豎直平面內(nèi)的圓周運動當當G和和N的合力提供汽車做圓周運動的的合力提供汽車做圓周運動的向心力，由牛頓第二定律

8、得：向心力，由牛頓第二定律得：2vGNmr2vNGmr可見汽車的速度越大對橋的壓力越小。可見汽車的速度越大對橋的壓力越小。vgr NGv時汽車對橋的壓力為零。（臨界速度）時汽車對橋的壓力為零。（臨界速度）當當大于大于臨界臨界時，汽車做什么運動？時，汽車做什么運動？汽車過橋問題瀘定橋2vNGmr2vNGmGrNGvG和和N的合力提供汽車做圓周運動的合力提供汽車做圓周運動的向心力，由牛頓第二定律得：的向心力，由牛頓第二定律得：rvmGN2rvmGN2N=GGGGNNN思考與討論思考與討論 地球可以看作一個巨大的拱型橋，其半徑就地球可以看作一個巨大的拱型橋，其半徑就是地球半徑是地球半徑R（R=640

9、0km），），若汽車不斷加速，若汽車不斷加速，則地面對它的支持力就會變小，汽車速度多大則地面對它的支持力就會變小，汽車速度多大時，支持力會變成零？時，支持力會變成零？RvmmgFN2mgFNrvmFmgN2根據(jù)牛頓根據(jù)牛頓第二定律第二定律：繩（單軌道）模型繩（單軌道）模型 如圖所示，小球在豎直平面內(nèi)做圓周運如圖所示，小球在豎直平面內(nèi)做圓周運動過最高點情況，軟繩（或軌道）對小動過最高點情況，軟繩（或軌道）對小球只能產(chǎn)生拉力（或壓力）的作用，小球只能產(chǎn)生拉力（或壓力）的作用，小球在最高點時球在最高點時二、豎直平面內(nèi)的圓周運動二、豎直平面內(nèi)的圓周運動F=rvm2提提供供物體做圓周物體做圓周運動的向心

10、力運動的向心力物體做圓周運動物體做圓周運動所所需需要要的向心力的向心力當當 “供供”“”“需需”平衡平衡時，物體時，物體做圓周運動做圓周運動1222gRgRvvmR三：航天器中的失重現(xiàn)象 航天員在航天器中繞地球做勻速圓周運動時，航天員只受地球引力，引力為他提供了繞地球做勻速圓周運動所需的向心力F=mv2/R,所以處于失重狀態(tài)。v2rFN mgmv gr當當 時，座艙對航天員的支持力時，座艙對航天員的支持力FN0 ，航天員處于完全失重。航天員處于完全失重。v2rmgFNm求：座艙對航天員的支持力為多少？求：座艙對航天員的支持力為多少？做圓周運動的物體，由于本身的慣性，做圓周運動的物體，由于本身的

11、慣性，總有沿著圓周切線方向飛去的傾向總有沿著圓周切線方向飛去的傾向. .當當F= 0時，物體沿切線方向飛出時，物體沿切線方向飛出四、四、離心運動離心運動1.1.離心運動：離心運動：離心運動離心運動做圓周運動的物體，在所受合外力做圓周運動的物體，在所受合外力消失或不足以提供所需的向心力時，消失或不足以提供所需的向心力時，就做逐漸遠離圓心的運動，這種運就做逐漸遠離圓心的運動，這種運動叫做離心運動動叫做離心運動3.說明：物體做離心運動的根本原說明：物體做離心運動的根本原因是因是“慣性慣性”造成的造成的4.4.離心運動的應(yīng)用離心運動的應(yīng)用1 1）、離心干燥器）、離心干燥器2 2）、洗衣機脫水桶）、洗衣

12、機脫水桶3）、用離心機把體溫計的水銀柱甩回下面的液泡內(nèi)4.4.離心運動的應(yīng)用離心運動的應(yīng)用4）、制作“棉花”糖5.、離心運動的防止：、離心運動的防止：1 1）、在水平公路上行駛的汽車轉(zhuǎn)彎時、在水平公路上行駛的汽車轉(zhuǎn)彎時F mr2F汽車 在水平公路上行駛的汽車，轉(zhuǎn)在水平公路上行駛的汽車，轉(zhuǎn)彎時所需的向心力是由車輪與彎時所需的向心力是由車輪與路面的靜摩擦力提供的。如果路面的靜摩擦力提供的。如果轉(zhuǎn)彎時速度過大，所需向心力轉(zhuǎn)彎時速度過大，所需向心力F F大于最大靜摩擦力大于最大靜摩擦力FmaxFmax，汽車，汽車將做離心運動而造成交通事故。將做離心運動而造成交通事故。因此，在公路彎道處，車輛行因此，在

13、公路彎道處，車輛行駛不允許超過規(guī)定的速度。駛不允許超過規(guī)定的速度。賽道的設(shè)計5.、離心運動的防止、離心運動的防止2)、高速轉(zhuǎn)動的砂輪、飛輪等、高速轉(zhuǎn)動的砂輪、飛輪等做圓周運動的物體，由于本身的慣性，總有做圓周運動的物體，由于本身的慣性，總有沿著圓周切線方向飛去的傾向沿著圓周切線方向飛去的傾向. .小結(jié)小結(jié) 當當F=m2r時，物體做勻速圓周運動時，物體做勻速圓周運動當當F= 0時，物體沿切線方向飛出時，物體沿切線方向飛出當當Fm2r時，物體逐漸遠離圓心時，物體逐漸遠離圓心當當Fm2r時，物體逐漸靠近圓心時，物體逐漸靠近圓心常見的離心干燥器等都是利用離心運動。常見的離心干燥器等都是利用離心運動。向

14、心、圓周、離心運動“供供”“”“需需”是否平衡決定物體做何種運動是否平衡決定物體做何種運動供提供物體做圓周運動的力需物體做勻速圓周運動所需的力F=rvm2勻速圓周運動Frvm2向心運動1、要使原來做勻速圓周運動的物體做離心運動，可以怎么辦？A、提高轉(zhuǎn)速，使所需的向心力大于能提供 的向心力B、減小或消失合外力思考并討論思考并討論離心現(xiàn)象離心現(xiàn)象 1.在水平鐵路轉(zhuǎn)彎處在水平鐵路轉(zhuǎn)彎處,往往使外軌略高往往使外軌略高于內(nèi)軌于內(nèi)軌,這是為了這是為了( )A.減輕火車輪子擠壓外軌減輕火車輪子擠壓外軌B.減輕火車輪子擠壓內(nèi)軌減輕火車輪子擠壓內(nèi)軌C.使火車車身傾斜，利用重力和支持力的使火車車身傾斜，利用重力和

15、支持力的合力提供轉(zhuǎn)彎所需向心力合力提供轉(zhuǎn)彎所需向心力D.限制火車向外脫軌限制火車向外脫軌鐵路的彎道ACD 2.若火車按鐵路規(guī)定速率轉(zhuǎn)彎時若火車按鐵路規(guī)定速率轉(zhuǎn)彎時,內(nèi)、外軌對車輪皆無內(nèi)、外軌對車輪皆無側(cè)向壓力側(cè)向壓力,則下列說法中正確的是（則下列說法中正確的是（ ）A.當火車以小于規(guī)定速率轉(zhuǎn)彎時當火車以小于規(guī)定速率轉(zhuǎn)彎時,僅內(nèi)軌對車輪有側(cè)壓力僅內(nèi)軌對車輪有側(cè)壓力 B.當火車以大于規(guī)定速率轉(zhuǎn)彎時當火車以大于規(guī)定速率轉(zhuǎn)彎時,僅外軌對車輪有側(cè)壓力僅外軌對車輪有側(cè)壓力C.當火車以大于規(guī)定速率轉(zhuǎn)彎時當火車以大于規(guī)定速率轉(zhuǎn)彎時,內(nèi)軌對車輪有側(cè)壓力內(nèi)軌對車輪有側(cè)壓力 D.當火車以小于規(guī)定速率轉(zhuǎn)彎時當火車以小

16、于規(guī)定速率轉(zhuǎn)彎時,外軌對車輪無側(cè)壓力外軌對車輪無側(cè)壓力ABD 3.在高速公路的拐彎處在高速公路的拐彎處,路面造的外高內(nèi)低路面造的外高內(nèi)低,設(shè)車向右拐設(shè)車向右拐彎時彎時,司機左側(cè)路面比右側(cè)要高一些司機左側(cè)路面比右側(cè)要高一些,路面與水平面間的夾路面與水平面間的夾角為角為.設(shè)拐彎路段是半徑為設(shè)拐彎路段是半徑為R的圓弧的圓弧,要使車輪與路面之要使車輪與路面之間的橫向（即垂直于前進方向）摩擦力等于零間的橫向（即垂直于前進方向）摩擦力等于零,車速應(yīng)等車速應(yīng)等于于_。（已知重力加速度為。（已知重力加速度為g） tangRvRvmtanmg2 1.一輛卡車在丘陵地勻速行駛一輛卡車在丘陵地勻速行駛,地形如圖所示地形如圖所示,由于輪胎太舊由