生活中的圓周運動正式市公開課金獎市賽課一等獎課件

第七節(jié)生活中圓周運動

——常見圓周運動現(xiàn)象實例分析第1頁知識回顧一一.向心加速度(1)概念：向心力產(chǎn)生加速度，描述勻速圓周運動線速度方向改變快慢物理量。(2)向心加速度方向:一直指向圓心。(3)向心加速度大小：(4)勻速直線運動向心加速度大小是不變，但方向時刻改變，所以，勻速圓周運動是加速度改變變加速曲線運動。第2頁二.向心力(1)概念：做勻速圓周運動物體所受合外力，其作用效果是使物體速度方向發(fā)生改變(2)向心力方向:一直指向圓心(3)向心力大?。?4)向心力是變力而非恒力(5)向心力是依據(jù)力作用效果命名知識回顧二第3頁（1）明確對象。確定它在哪個平面內(nèi)做圓周運動，找到圓心和半徑r。（2）受力分析。確定研究對象在某個位置所處狀態(tài)，進行受力分析，分析哪些力提供了向心力。（3）列方程。取指向圓心方向為正方向，依據(jù)牛頓第二定律（F向＝ma向）列出方程。注意：對于勻速圓周運動，F(xiàn)向就是物體所受合外力F合(4）解方程。對結(jié)果進行必要討論。處理圓周運動問題普通步驟第4頁（1）汽車受到那些力作用？（2）汽車轉(zhuǎn)彎時所需向心力由什么力提供？（3）為何汽車轉(zhuǎn)彎時速率v過大易造成交通事故？1.水平路面轉(zhuǎn)彎（4）若汽車受到最大摩擦力為其重量k倍，在水平路面轉(zhuǎn)彎半徑為r，為不滑出路面造成事故，其轉(zhuǎn)彎速度不能超出多少？實例一.車輛轉(zhuǎn)彎第5頁解：汽車轉(zhuǎn)彎時所需向心力由靜摩擦力提供，當靜摩擦力到達最大值fm時，汽車速度即為最大。依據(jù)牛頓第二定律即汽車轉(zhuǎn)彎時速度不能超出。第6頁第7頁車受重力mg及路面彈力N協(xié)力F水平并指向圓周彎道圓心，充當向心力。依據(jù)牛頓第二定律由圖可知:由此可見，路面傾斜角θ是依據(jù)轉(zhuǎn)彎半徑r和要求轉(zhuǎn)彎速率v大小而設計。

路面修好以后，r、θ是一定，汽車若以此速率（叫要求速率）轉(zhuǎn)彎，此時汽車G與N協(xié)力恰好提供轉(zhuǎn)彎時所需向心力，而使靜摩擦力f為零。想一想：汽車若超出此速率轉(zhuǎn)彎，可能發(fā)生什么現(xiàn)象？為何？2.傾斜路面轉(zhuǎn)彎第8頁火車轉(zhuǎn)彎向心力.flv火車車輪結(jié)構(gòu)特點：

第9頁

思索：外軌對輪緣水平彈力提供火車轉(zhuǎn)彎向心力，這種方法在實際中可取嗎？為何？

例1：火車速度為30m/s，彎道半徑R=900m，火車質(zhì)量m=8×105kg，轉(zhuǎn)彎時輪緣對軌道側(cè)向彈力多大？

輪緣與外軌間相互作用力太大，鐵軌和車輪極易受損！第10頁

探究：為了減輕鐵軌受損程度，你能提出一些可行方案嗎？GoFFN

讓重力和支持力協(xié)力提供向心力，來降低外軌對輪緣擠壓。第11頁例2、若火車質(zhì)量為m，轉(zhuǎn)彎半徑為r，要求軌道對輪緣無擠壓作用，此時軌道傾角為θ，請問火車速度為多大？θ(θLH設內(nèi)外軌間距離為L，內(nèi)外軌高度差為h，則火車轉(zhuǎn)彎要求速度v0為多少?求得說明：鐵路修好后，r、h、L均為定值，g為常數(shù)，所以v0為一定值。第12頁知:當v=v0時：當v>v0時：當v<v0時：輪緣不受側(cè)向壓力輪緣受到外軌向內(nèi)擠壓力輪緣受到內(nèi)軌向外擠壓力F彈F彈討論:由第13頁O質(zhì)量為m汽車在拱橋上以速度v前進，橋面圓弧半徑為r，求汽車過橋最高點時對橋面壓力？為了安全，汽車過橋最大速度不能大于多少？實例二.汽車過拱橋1.過凸形橋NGv解：如圖，汽車所受支持力N和重力G協(xié)力

提供向心力。依據(jù)牛頓第二定律得依據(jù)牛頓第三定律，汽車對橋面壓力大小為可見N′＜mg（失重）第14頁汽車過橋速度越大，汽車對橋壓力越小，當速度增大到一定值時，汽車對橋壓力為零，汽車會脫離橋面飛起來。所以汽車最大速度不能超出依據(jù)：第15頁思索：汽車不在拱形橋最高點或最低點時，它運動能用上面方法求解嗎？mgcosθ－FN=maN所以FN=mgcosθ－maN橋面支持力與夾角θ、車速v都相關(guān)。（第16頁O2.過凹形橋求汽車過凹形路段最低點時對路面壓力？解：汽車受到重力G和支持力N協(xié)力提供汽車圓弧運動向心力，由牛頓第二定律得：NGv依據(jù)牛頓第三定律，汽車對橋面壓力大小為可見N′＞mg（超重）第17頁思索與討論：地球能夠看做一個巨大拱形橋，橋面半徑就是地球半徑。會不會出現(xiàn)這么情況：速度大到一定程度時，地面對車支持力為零？這時駕駛員與座椅之間壓力是多少？……第18頁航天器中失重現(xiàn)象在繞地球做勻速圓周運動宇宙飛船中宇航員，除了地球引力外，還可能受到飛船座艙對他支持力FN由得當 時,座艙對他支持力FN=0,航天員處于完全失重狀態(tài)第19頁雜技演員掄動裝滿水碗在豎直平面內(nèi)做圓周運動，掄起來后水不會流出來，這種演出就水流星。演員確保水流星節(jié)目演出成功條件是什么呢？1.水流星我們還發(fā)覺，碗在豎直面內(nèi)運動到最高點時，已經(jīng)碗口朝下，水也不會從碗里流出。這是為何？水流星向心力.flv實例三、豎直面內(nèi)圓周運動（輕繩類）第20頁ON1mgmgN2在最低點：碗里水做圓周運動向心力是碗底對水向上彈力和水重力協(xié)力在最高點：碗里水做圓周運動向心力是碗底對水向下彈力和水重力協(xié)力當N1＝0時，水能隨碗做圓周運動最小速度為v1v2演出成功條件第21頁重力G和軌道對車彈力N協(xié)力

提供向心力ON1mgv1mgN2v22.過山車當N1＝0時，車恰好能繞過軌道最高點繼續(xù)做圓周運動最小速度為在最高點：在最低點：第22頁實例三、豎直面內(nèi)圓周運動（輕桿類）OAG思索：小球過最高點時，輕桿對小球彈力情況當v=0時，小球靜止，G與FN平衡。FN豎直向上，等于G.當FN=0時，物體只受重力，當速度

V>時,

桿子對小球是拉力.當速度0<V<時,

桿子對小球是支持力.第23頁小球在圓軌道內(nèi)部運動（圖一）小球套在圓軌道上做圓周運動（圖二）圖一圖二軌道對小球可能是向上支持力，也可能是向下壓力（與速度相關(guān)）。第24頁基礎訓練1：在水平鐵路轉(zhuǎn)彎處，往往使外軌略高于內(nèi)軌，這是為了()A．減輕火車輪子擠壓外軌B．減輕火車輪子擠壓內(nèi)軌C．使火車車身傾斜，利用重力和支持力協(xié)力提供轉(zhuǎn)彎所需向心力D．限制火車向外脫軌ACD第25頁2.一輛汽車勻速率經(jīng)過半徑為R圓弧拱形路面，關(guān)于汽車受力情況，以下說法正確是（）A．汽車對路面壓力大小不變，總是等于汽車重力B．汽車對路面壓力大小不停發(fā)生改變，總是小于汽車所受重力C．汽車牽引力不發(fā)生改變D．汽車牽引力逐步變小BD第26頁鞏固應用1.繩系著裝水桶，在豎直平面內(nèi)做圓周運動，水質(zhì)量m=0.5kg，繩長=40cm.求：（1）桶在最高點水不流出最小速率？（2）水在最高點速率=3m/s時水對桶底壓力？(g取10m/s2)第27頁2.長為0.6m輕桿OA(不計質(zhì)量),A端插個質(zhì)量為2.0kg物體,在豎直