必修二生活中的圓周運動課件

1、提供物體做圓周運動的力物體做圓周運動所需的力物體作圓周運動的條件從“供” “需”兩方面研究生活中做圓周運動的物體，由物體受力情況決定由物體的運動情況決定F=“供需”平衡 物體做圓周運動本節(jié)課第1頁，共35頁。鐵路的彎道火車車輪的構(gòu)造火車車輪有突出的輪緣背景問題1、火車轉(zhuǎn)彎：第2頁，共35頁。FNFG1、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：重力、支持力、外軌對輪緣的彈力.外軌對輪緣的彈力F提供向心力F=F向由于該彈力是由輪緣和外軌的擠壓產(chǎn)生的,且由于火車質(zhì)量很大,故輪緣和外軌間的相互作用力很大,易損壞鐵軌.怎么辦?背景問題1、火車轉(zhuǎn)彎：第3頁，共35頁。(2) 外軌高內(nèi)軌低時轉(zhuǎn)

2、彎GFnNhL此為火車轉(zhuǎn)彎時的設計速度r思考:(1)如果v行駛v設計,情況如何?(2)如果v行駛v0時：當vv0時：輪緣不受側(cè)壓力輪緣受到外軌向內(nèi)的擠壓力, 外軌易損壞。輪緣受到內(nèi)軌向外的擠壓力, 內(nèi)軌易損壞。F彈F彈鐵路彎道處超速是火車脫軌和翻車的主要原因第5頁，共35頁。例:鐵路轉(zhuǎn)彎處的圓弧半徑是300m，軌距是1435mm。規(guī)定火車通過這里的速度是72km/h，內(nèi)外軌的高度差應該是多大才能使外軌不受輪緣的擠壓？保持內(nèi)外軌的這個高度差，如果車的速度大于或小于72km/h，會分別發(fā)生什么現(xiàn)象？說明理由。GNhd解：火車在轉(zhuǎn)彎時所需的向心力由火車所受的重力和軌道對火車支持力的合力提供，如圖所示

3、：h是內(nèi)外軌高度差，d是軌距由于a太小，可以近似有：tga=Sina第6頁，共35頁。 背景問題2：汽車過橋黃石長江大橋汽車過橋問題第7頁，共35頁。1.求汽車以速度v過半徑為r 的拱橋最高點時對拱橋的壓力？【解】G和N的合力提供汽車做圓周運動的向心力，由牛頓第二定律得：可見汽車的速度越大對橋的壓力越小。NG當 時汽車對橋的壓力為零。（臨界速度）當大于臨界時，汽車做什么運動？飛離橋面做平拋運動！由于加速度豎直向下，屬失重現(xiàn)象。m第8頁，共35頁。2.求汽車過凹形路段最低點時對路面的壓力？NG【解】G和N的合力提供汽車做圓周運動的向心力，由牛頓第二定律得：可見汽車的速度V越大，對橋的壓力越大。由

4、于加速度的方向豎直向上，屬超重現(xiàn)象。m第9頁，共35頁。FN=G汽車過橋問題小結(jié)第10頁，共35頁。一輛卡車在丘陵地勻速行駛,地形如圖所示,由于輪胎太舊,途中爆胎,爆胎可能性最大的地段應是( ） A. a處 B. b處 C. c處 D. d處abcdD當堂練習第11頁，共35頁。mgFN(1)路面水平時，轉(zhuǎn)彎所需的向心力由靜摩擦力提供，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倍，汽車轉(zhuǎn)彎的最大速度為(2)高速公路的轉(zhuǎn)彎處，公路的外沿設計的比內(nèi)沿略高，若汽車以設計速度轉(zhuǎn)彎時，汽車轉(zhuǎn)彎的向心力由重力和支持力的合力提供汽車轉(zhuǎn)彎問題第12頁，共35頁。對航天器，重力提供向心力： mg= m

5、v2/r, v=gr 對宇航員， 引力與支持力的合力提供向心力：mg-FN = mv2/r, FN=m(g-v2/r) 當v=gr , FN=0,宇航員處于完全 失重狀態(tài) 背景問題3：宇航器中的失重現(xiàn)象2022/8/513第13頁，共35頁。在航天器中所有和重力有關(guān)的儀器都無法使用！無法用天平測量物體的質(zhì)量0彈簧測力計無法測量物體的重力，但仍能測拉力和壓力的大小14第14頁，共35頁。背景問題4 離心運動F=0FF 繩栓著小球在水平面做勻速圓周運動時，小球所需的向心力由形變的繩產(chǎn)生的彈力提供。若突然松手，小球?qū)⒃鯓舆\動？若繩的拉力F小于它做圓周運動的所需的向心力，小球?qū)⒃鯓舆\動？第15頁，共3

6、5頁。做勻速圓周運動的物體，在合外力突然消失或者合外力小于向心力的遠離圓心的運動，叫做離心運動。受力特點當Fm2r時，物體做勻速圓周運動；當F0時，物體沿切線方向飛出；當Fm2r，物體逐漸向圓心靠近如圖所示第21頁，共35頁。例與練1、火車在某轉(zhuǎn)彎處的規(guī)定行駛速度為v，則下列說法正確的是（ ）A、當以速度v通過此轉(zhuǎn)彎處時，火車受到的重力及軌道面的支持力的合力提供了轉(zhuǎn)彎的向心力B、當以速度v通過此轉(zhuǎn)彎處時，火車受到的重力、軌道面的支持力及外軌對車輪輪緣的彈力的合力提供了轉(zhuǎn)彎的向心力C、當火車以大于v的速度通過此轉(zhuǎn)彎處時，車輪輪緣會擠壓外軌D、當火車以小于v的速度通過此轉(zhuǎn)彎處時，車輪輪緣會擠壓外軌

7、AC第22頁，共35頁。豎直面內(nèi)的圓周運動：1、繩子和光滑內(nèi)軌道等沒有物體支撐的圓周運動，能過最高點的條件：v繩rv光滑圓軌道r當 時，繩子對球產(chǎn)生拉力（軌道對球產(chǎn)生壓力。當 時，球恰能通過最高點，繩子沒有拉力，軌道沒有壓力。當 時，球不能通過最高點。第23頁，共35頁。2、輕桿和光滑管道等有物體支撐的圓周運動，能過最高點的條件：當v=0時， N=mg當 時，N為支持力，隨v 增大而減小。當 時，N=0。當 時，N為拉力，隨v 的增大而增大。第24頁，共35頁。如圖所示，物體A放在粗糙板上隨板一起在豎直平面內(nèi)沿逆時針方向做勻速圓周運動，且板始終保持水平，位置、在同一水平高度上，則( )A. 物

8、體在位置、時受到的彈力都大于重力B. 物體在位置、時受到的彈力都小于重力C. 物體在位置時受到的彈力小于重力，位置時受到的彈力都大于重力D. 物體在位置時受到的彈力大于重力，位置時受到的彈力都小于重力B例與練第25頁，共35頁。如圖所示，桿長為L，球的質(zhì)量為m，桿連球在豎直平面內(nèi)繞軸O自由轉(zhuǎn)動，已知在最高點處，桿對球的彈力大小為F=1/2mg，求這時小球的瞬時速度大小。若F向上，則 ：解析： 若F向下，則 ：例與練第26頁，共35頁。豎直面內(nèi)圓周運動的應用： 汽車通過拱橋和凹型地面mgNAAmgNBB第27頁，共35頁。【例】如圖5-7-11所示，質(zhì)量m=2.0104 kg的汽車以不變的速率先

9、后駛過凹形橋面和凸形橋面，兩橋面的圓弧半徑均為20 m.如果橋面承受的壓力不得超過3.0105 N，則：（1）汽車允許的最大速率是多少？（2）若以所求速度行駛，汽車對橋面的最小壓力是多少？（g取10 m/s2）第28頁，共35頁。 【例】. 如圖所示，一個人用長為l=1m，只能承受Tm=46N拉力的繩子，拴著一質(zhì)量為m=1kg的小球，在豎直平面內(nèi)做圓周運動。已知圓心O離地面高h=6m，轉(zhuǎn)動中小球在最低點時繩子斷了。（1）繩子斷時小球運動的角速度多大？（2）繩子斷后，小球落點到拋出點的水平距離是多大？hvR圓周運動與其它運動組合運動第29頁，共35頁。m為在水平傳送帶上被傳送的小物體(可視為質(zhì)點

10、)，A為終端皮帶輪，如圖所示，已知皮帶輪半徑為r，傳送帶與皮帶輪間不會打滑。當m可被水平拋出時，A輪每秒的轉(zhuǎn)速最少是( )A例與練第30頁，共35頁。如圖所示，細繩一端系著質(zhì)量為M=0.6Kg的物體，靜止在水平面上，另一端通過光滑小孔吊著質(zhì)量m=0.3Kg的物體，M的中點與圓孔距離為0.2m ，并知M和水平面的最大靜摩擦力為2N。現(xiàn)使此平面繞中心軸線轉(zhuǎn)動。問角速度在什么范圍內(nèi)m處于靜止狀態(tài)？(g取10m/s2)解析：A需要的向心力由繩拉力和靜摩擦力合成角速度取最大值時，A有離心趨勢，靜摩擦力指向圓心O；角速度取最小值時，A有向心運動的趨勢，靜摩擦力背離圓心O對于B，T=mg對于A，所以 第31

11、頁，共35頁。如圖所示，在質(zhì)量為M的電動機上，裝有質(zhì)量為的偏心輪，偏心輪轉(zhuǎn)動的角速度為，當偏心輪重心在轉(zhuǎn)軸正上方時，電動機對地面的壓力剛好為零；則偏心輪重心離轉(zhuǎn)軸的距離多大?在轉(zhuǎn)動過程中，電動機對地面的最大壓力多大?解析設偏心輪的重心距轉(zhuǎn)軸,偏心輪等效為長為的細桿固定質(zhì)量為(輪的質(zhì)量)的質(zhì)點,繞轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，輪的重心在正上方時, 對電動機：F=M 當偏心輪的重心轉(zhuǎn)到最低點時,電動機對地面的壓力最大.對偏心輪有:F-mg=m2r 對電動機,設它所受支持力為N，N=F+Mg 由、解得N=2(M+m)g對偏心輪：F+mg=m2r 由得偏心輪重心到轉(zhuǎn)軸的距離為:r=(M+m)g/(m2) 第32頁，共35頁。脫離與否的臨界問題：第33頁，共35頁。第34頁，共35頁。練習:如圖示，質(zhì)量為M的電動機始終靜止于地面，其