物理必修ⅱ滬科版圓周運(yùn)動(dòng)的案例分析課件

1、12.3圓周運(yùn)動(dòng)的案例分析課件圓周運(yùn)動(dòng)的案例分析課件 2知識(shí)回顧 3分析做圓周運(yùn)動(dòng)的物體受力情況OmgFNFfOmgFN提供向心力的力物體受力情況分析FfFN+mg4 “供需平衡供需平衡”物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)的物體提供物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的力物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)所需的力a5賽道的設(shè)計(jì)6生活中的類似問(wèn)題7實(shí)例研究1火車過(guò)彎 火車以半徑R= 300 m在水平軌道上轉(zhuǎn)彎，火車質(zhì)量為8105kg，速度為30m/s。鐵軌與輪之間的動(dòng)摩擦因數(shù)=0.25。OmgFNFfRvmFf2設(shè)向心力由軌道指向圓心的靜摩擦力提供代入數(shù)據(jù)可得： Ff=2.

2、4106N但軌道提供的靜摩擦力最大值：Ff靜m=mg=1.96106N“供需”不平衡，如何解決？8實(shí)際火車車輪與鐵軌模型F1FfF1Ff92、最佳方案火車以半徑R= 900 m轉(zhuǎn)彎，火車質(zhì)量為8105kg ，速度為30m/s，火車軌距l(xiāng)=1.4 m，要使火車通過(guò)彎道時(shí)僅受重力與軌道的支持力，軌道應(yīng)該墊的高度h？（較小時(shí)tan=sin）FNmgFhtanmgFsinlhRvmF2解：由力的關(guān)系得：由向心力公式得：由幾何關(guān)系得：Rglvh2=0.14m10列車速度過(guò)快，容易發(fā)生事故11研究與討論請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)方案讓火車沿軌道安全通過(guò)彎道？實(shí)際火車與軌道設(shè)計(jì)中，利用輪緣可增加小部分的向心力；墊高外軌可增

3、加較多的向心力。12墊高外軌利用支持力的分力提供一部分向心力，達(dá)到“供需”平衡。2、優(yōu)點(diǎn)1、做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)向心力由哪些力提供？3、缺點(diǎn)可以減少對(duì)摩擦力的需要需要改造鐵路，設(shè)計(jì)施工難度大13研究與討論?若火車速度與設(shè)計(jì)速度不同會(huì)怎樣？外側(cè)內(nèi)側(cè)F過(guò)大時(shí)：外側(cè)軌道與輪之間有彈力過(guò)小時(shí)：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FNFN?若火車車輪無(wú)輪緣，火車速度過(guò)大或過(guò)小時(shí)將向哪側(cè)運(yùn)動(dòng)？過(guò)大時(shí)：火車向外側(cè)運(yùn)動(dòng)過(guò)小時(shí)：火車向內(nèi)側(cè)運(yùn)動(dòng)FNmg離心向心14向心、圓周、離心運(yùn)動(dòng)“供”“需”是否平衡決定物體做何種運(yùn)動(dòng)供提供物體做圓周運(yùn)動(dòng)的力需物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)所需的力F=rvm2Frvm2勻速

4、圓周運(yùn)動(dòng)離心運(yùn)動(dòng)向心運(yùn)動(dòng)15研究圓周運(yùn)動(dòng)的要點(diǎn)從“供”“需”兩方面來(lái)進(jìn)行研究“供”分析物體受力，求沿半徑方向的合外力“需”確定物體軌道，定圓心、找半徑、用公式，求出所需向心力“供”“需”平衡做圓周運(yùn)動(dòng)1617實(shí)例研究2過(guò)拱橋1、汽車過(guò)拱橋是豎直面內(nèi)圓周運(yùn)動(dòng)的典型代表2、研究方法與水平面內(nèi)圓周運(yùn)動(dòng)相同18比較在兩種不同橋面，橋面受力的情況，設(shè)車質(zhì)量為m，橋面半徑為R，此時(shí)速度為v。mgRvmmgFN2mgRvmmgFN2GFNGFN失重超重aa最高點(diǎn)最低點(diǎn)19研究與討論1、若速度過(guò)快，汽車做何種運(yùn)動(dòng)？提供的向心力不足，做離心運(yùn)動(dòng)，離開(kāi)橋面做平拋運(yùn)動(dòng)2、有無(wú)可能做這樣的運(yùn)動(dòng)？若可能應(yīng)滿足怎樣的條件

5、？GFNgrvFrvmmgFNN0220過(guò)山車水流星21練習(xí)飛車走壁 摩托車飛車走壁，請(qǐng)分析受力情況，解釋現(xiàn)象22練習(xí) 用鋼管做成半徑為R=0.5m的光滑圓環(huán)（管徑遠(yuǎn)小于R）豎直放置，一質(zhì)量為m=0.2kg的小球（可看作質(zhì)點(diǎn)，直徑略小于管徑）在環(huán)內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)，求:小球通過(guò)最高點(diǎn)A時(shí)，下列兩種情況下球?qū)鼙诘淖饔昧? 取g=10m/s2(1) A的速率為1.0m/s (2) A的速率為4.0m/s AOm解：先求出桿的彈力為0 的速率v0mg=mv02/l v02=gl=5v0=2.25 m/s (1) v1=1m/s v0 球應(yīng)受到外壁向下的支持力N2如圖示：AOmN2mg則 mg+N2=mv

6、22 /l得 N2=4.4 N由牛頓第三定律，球?qū)鼙诘淖饔昧Ψ謩e 為 (1) 對(duì)內(nèi)壁1.6N向下的壓力 (2)對(duì)外壁4.4N向上的壓力.23豎直平面內(nèi)的變速圓周運(yùn)動(dòng)繩桿圓管橋面示意圖m的受力情況重力、繩的拉力重力、桿的拉力或支持力重力、外管壁的支持力或內(nèi)管壁的支持力重力，橋面支持力最高點(diǎn)A的速度AOmBLAOmBLm AAOmBR24練習(xí)如圖示，質(zhì)量為M的電動(dòng)機(jī)始終靜止于地面，其飛輪上固定一質(zhì)量為m的物體，物體距輪軸為r，為使電動(dòng)機(jī)不至于離開(kāi)地面，其飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度應(yīng)如何？rMm解：當(dāng)小物體轉(zhuǎn)到最高點(diǎn)時(shí)，解：當(dāng)小物體轉(zhuǎn)到最高點(diǎn)時(shí)，對(duì)底座對(duì)底座,受到重力受到重力Mg和物體對(duì)底座的拉力和物體對(duì)底座的拉力T MMgT為使電動(dòng)機(jī)不至于離開(kāi)地面，必須為使電動(dòng)機(jī)不至于離開(kāi)地面，必須 TMg 對(duì)物體對(duì)物體,受到重力受到重力mg和底座對(duì)物體的拉力和底座對(duì)物體的拉力TmmgT由圓周運(yùn)動(dòng)規(guī)律有由圓周運(yùn)動(dòng)規(guī)律有 mg+T = m r2 即即 m r2(M+m)gmrgmM 25練習(xí)如圖為過(guò)山車軌道的一部分，若要使車廂能安全通過(guò)圓形軌道，車廂應(yīng)從多高處釋放？不計(jì)一切摩擦與阻力。Rh？26討論3、若汽車沿圓弧橋面從頂端下滑