生活中的圓周運動-課件

第五章曲線運動

第七節(jié)生活中的圓周運動人教版必修2第五章曲線運動人教版必修21生活中的圓周運動--課件2知識回顧

知識回顧

3分析做圓周運動的物體受力情況OmgFNFfOmgFN提供向心力的力物體受力情況分析FfFN+mg分析做圓周運動的物體受力情況OmgFNFfOmgFN提供向心4

“供需平衡”物體做勻速圓周運動向心力公式的理解=從“供”“需”兩方面研究做圓周運動的物體提供物體做勻速圓周運動的力物體做勻速圓周運動所需的力a

“供需平衡”物體做勻速圓周運動向心力公式的理解=從“供”5賽道的設計一、鐵路的彎道賽道的設計一、鐵路的彎道6生活中的類似問題生活中的類似問題7實例研究1——火車過彎火車以半徑R=300m在水平軌道上轉彎，火車質量為8×105kg，速度為30m/s。鐵軌與輪之間的動摩擦因數(shù)μ=0.25。OmgFNFf設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=2.4×106N但軌道提供的靜摩擦力最大值：Ff靜m=μmg=1.96×106N“供需”不平衡，如何解決？實例研究1——火車過彎火車以半徑R=300m在水平軌道上8實際火車車輪與鐵軌模型F1FfF1Ff實際火車車輪與鐵軌模型F1FfF1Ff92、最佳方案火車以半徑R=900m轉彎，火車質量為8×105kg，速度為30m/s，火車軌距l(xiāng)=1.4m，要使火車通過彎道時僅受重力與軌道的支持力，軌道應該墊的高度h？（θ較小時tanθ=sinθ）FNmgFθh解：由力的關系得：由向心力公式得：由幾何關系得：=0.14m2、最佳方案火車以半徑R=900m轉彎，火車質量為8×110列車速度過快，容易發(fā)生事故列車速度過快，容易發(fā)生事故11研究與討論請設計一個方案讓火車沿軌道安全通過彎道？實際火車與軌道設計中，利用輪緣可增加小部分的向心力；墊高外軌可增加較多的向心力。研究與討論請設計一個方案讓火車沿軌道安全通過彎道？實際火車與12墊高外軌利用支持力的分力提供一部分向心力，達到“供需”平衡。2、優(yōu)點1、做圓周運動時向心力由哪些力提供？3、缺點可以減少對摩擦力的需要需要改造鐵路，設計施工難度大墊高外軌利用支持力的分力提供一部分向心力，達到“供需”平衡。13研究與討論?若火車速度與設計速度不同會怎樣？外側內側Fθ過大時：外側軌道與輪之間有彈力過小時：內側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FN`FN`?若火車車輪無輪緣，火車速度過大或過小時將向哪側運動？過大時：火車向外側運動過小時：火車向內側運動FNmg離心向心研究與討論?若火車速度與設計速度不同會怎樣？外側內側Fθ過大14向心、圓周、離心運動“供”“需”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=F<F>勻速圓周運動離心運動向心運動向心、圓周、離心運動“供”“需”是否平衡決定物體做何種運動供15研究圓周運動的要點從“供”“需”兩方面來進行研究“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”平衡做圓周運動研究圓周運動的要點從“供”“需”兩方面來進行研究16二、拱形橋二、拱形橋17實例研究2——過拱橋1、汽車過拱橋是豎直面內圓周運動的典型代表2、研究方法與水平面內圓周運動相同實例研究2——過拱橋1、汽車過拱橋是豎直面內圓周運動的典型代18比較在兩種不同橋面，橋面受力的情況，設車質量為m，橋面半徑為R，此時速度為v。GFNGFN’失重超重aa最高點最低點比較在兩種不同橋面，橋面受力的情況，設車質量為m，橋面半徑為19研究與討論1、若速度過快，汽車做何種運動？提供的向心力不足，做離心運動，離開橋面做平拋運動2、有無可能做這樣的運動？若可能應滿足怎樣的條件？GFN研究與討論1、若速度過快，汽車做何種運動？提供的向心力不足，20三、航天器中的失重現(xiàn)象一宇宙飛船繞地球做勻速圓周運動，距地面一二百千米時，它的軌道半徑近似等于地球半徑，航天員受到地球引力近似等于重力船艙對航天員的支持力為零，超重三、航天器中的失重現(xiàn)象一宇宙飛船繞地球做勻速圓周運動，距地面21四、離心運動1定義：做圓周運動的物體，所受的合力突然消失或合力不足以提供向心力時，物體將逐漸遠離圓心的運動2應用與防止例1：洗衣機脫水時利用離心運動把附著在衣物上的水甩掉例2：離心制管技術例3：車轉彎時要限制車速四、離心運動1定義：做圓周運動的物體，所受的合力突然消失或222過山車水流星過山車水流星23練習飛車走壁摩托車飛車走壁，請分析受力情況，解釋現(xiàn)象練習飛車走壁摩托車飛車走壁，請分析受力情況，解釋現(xiàn)象24練習:用鋼管做成半徑為R=0.5m的光滑圓環(huán)（管徑遠小于R）豎直放置，一質量為m=0.2kg的小球（可看作質點，直徑略小于管徑）在環(huán)內做圓周運動，求:小球通過最高點A時，下列兩種情況下球對管壁的作用力.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

球應受到內壁向上的支持力N1，受力如圖示：N1mgmg-N1=mv12/l得N1=1.6N(2)v2=4m/s>v0

球應受到外壁向下的支持力N2如圖示：AOmN2mg則mg+N2=mv22/l得N2=4.4N由牛頓第三定律，球對管壁的作用力分別為(1)對內壁1.6N向下的壓力(2)對外壁4.4N向上的壓力.練習:用鋼管做成半徑為R=0.5m的光滑圓環(huán)（管徑遠小于R25豎直平面內的變速圓周運動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管壁的支持力重力，橋面支持力最高點A的速度AOmBLAOmBLmAAOmBR豎直平面內的變速圓周運動繩桿圓管橋面示意圖m的受力情況重力、26練習：如圖示，質量為M的電動機始終靜止于地面，其飛輪上固定一質量為m的物體，物體距輪軸為r，為使電動機不至于離開地面，其飛輪轉動的角速度ω應如何？rMmω解：當小物體轉到最高點時，對底座,受到重力Mg和物體對底座的拉力TMωMgT為使電動機不至于離開地面，必須T≤Mg對物體,受到重力mg和底座對物體的拉力TmmgT由圓周運動規(guī)律有mg+T=mrω2即mrω2≤(M+m)g練習：如圖示，質量為M的電動機始終靜止于地面，其飛輪上固定一27討論3、若汽車沿圓弧橋面從頂端下滑，分析汽車的運動情況。θR分析：由物體重力及支持力沿半徑方向的合外力提供向心力，若車速度過快，車會離開橋面做斜下拋運動即將離開時FN=0討論3、若汽車沿圓弧橋面從頂端下滑，分析汽車的運動情況。θR28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.小結

當F=mω2r時，物體做勻速圓周運動當F=0時，物體沿切線方向飛出當F＜mω2r時，物體逐漸遠離圓心當F＞mω2r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。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29第五章曲線運動

第七節(jié)生活中的圓周運動人教版必修2第五章曲線運動人教版必修230生活中的圓周運動--課件31知識回顧

知識回顧

32分析做圓周運動的物體受力情況OmgFNFfOmgFN提供向心力的力物體受力情況分析FfFN+mg分析做圓周運動的物體受力情況OmgFNFfOmgFN提供向心33

“供需平衡”物體做勻速圓周運動向心力公式的理解=從“供”“需”兩方面研究做圓周運動的物體提供物體做勻速圓周運動的力物體做勻速圓周運動所需的力a

“供需平衡”物體做勻速圓周運動向心力公式的理解=從“供”34賽道的設計一、鐵路的彎道賽道的設計一、鐵路的彎道35生活中的類似問題生活中的類似問題36實例研究1——火車過彎火車以半徑R=300m在水平軌道上轉彎，火車質量為8×105kg，速度為30m/s。鐵軌與輪之間的動摩擦因數(shù)μ=0.25。OmgFNFf設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=2.4×106N但軌道提供的靜摩擦力最大值：Ff靜m=μmg=1.96×106N“供需”不平衡，如何解決？實例研究1——火車過彎火車以半徑R=300m在水平軌道上37實際火車車輪與鐵軌模型F1FfF1Ff實際火車車輪與鐵軌模型F1FfF1Ff382、最佳方案火車以半徑R=900m轉彎，火車質量為8×105kg，速度為30m/s，火車軌距l(xiāng)=1.4m，要使火車通過彎道時僅受重力與軌道的支持力，軌道應該墊的高度h？（θ較小時tanθ=sinθ）FNmgFθh解：由力的關系得：由向心力公式得：由幾何關系得：=0.14m2、最佳方案火車以半徑R=900m轉彎，火車質量為8×139列車速度過快，容易發(fā)生事故列車速度過快，容易發(fā)生事故40研究與討論請設計一個方案讓火車沿軌道安全通過彎道？實際火車與軌道設計中，利用輪緣可增加小部分的向心力；墊高外軌可增加較多的向心力。研究與討論請設計一個方案讓火車沿軌道安全通過彎道？實際火車與41墊高外軌利用支持力的分力提供一部分向心力，達到“供需”平衡。2、優(yōu)點1、做圓周運動時向心力由哪些力提供？3、缺點可以減少對摩擦力的需要需要改造鐵路，設計施工難度大墊高外軌利用支持力的分力提供一部分向心力，達到“供需”平衡。42研究與討論?若火車速度與設計速度不同會怎樣？外側內側Fθ過大時：外側軌道與輪之間有彈力過小時：內側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FN`FN`?若火車車輪無輪緣，火車速度過大或過小時將向哪側運動？過大時：火車向外側運動過小時：火車向內側運動FNmg離心向心研究與討論?若火車速度與設計速度不同會怎樣？外側內側Fθ過大43向心、圓周、離心運動“供”“需”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=F<F>勻速圓周運動離心運動向心運動向心、圓周、離心運動“供”“需”是否平衡決定物體做何種運動供44研究圓周運動的要點從“供”“需”兩方面來進行研究“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”平衡做圓周運動研究圓周運動的要點從“供”“需”兩方面來進行研究45二、拱形橋二、拱形橋46實例研究2——過拱橋1、汽車過拱橋是豎直面內圓周運動的典型代表2、研究方法與水平面內圓周運動相同實例研究2——過拱橋1、汽車過拱橋是豎直面內圓周運動的典型代47比較在兩種不同橋面，橋面受力的情況，設車質量為m，橋面半徑為R，此時速度為v。GFNGFN’失重超重aa最高點最低點比較在兩種不同橋面，橋面受力的情況，設車質量為m，橋面半徑為48研究與討論1、若速度過快，汽車做何種運動？提供的向心力不足，做離心運動，離開橋面做平拋運動2、有無可能做這樣的運動？若可能應滿足怎樣的條件？GFN研究與討論1、若速度過快，汽車做何種運動？提供的向心力不足，49三、航天器中的失重現(xiàn)象一宇宙飛船繞地球做勻速圓周運動，距地面一二百千米時，它的軌道半徑近似等于地球半徑，航天員受到地球引力近似等于重力船艙對航天員的支持力為零，超重三、航天器中的失重現(xiàn)象一宇宙飛船繞地球做勻速圓周運動，距地面50四、離心運動1定義：做圓周運動的物體，所受的合力突然消失或合力不足以提供向心力時，物體將逐漸遠離圓心的運動2應用與防止例1：洗衣機脫水時利用離心運動把附著在衣物上的水甩掉例2：離心制管技術例3：車轉彎時要限制車速四、離心運動1定義：做圓周運動的物體，所受的合力突然消失或251過山車水流星過山車水流星52練習飛車走壁摩托車飛車走壁，請分析受力情況，解釋現(xiàn)象練習飛車走壁摩托車飛車走壁，請分析受力情況，解釋現(xiàn)象53練習:用鋼管做成半徑為R=0.5m的光滑圓環(huán)（管徑遠小于R）豎直放置，一質量為m=0.2kg的小球（可看作質點，直徑略小于管徑）在環(huán)內做圓周運動，求:小球通過最高點A時，下列兩種情況下球對管壁的作用力.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

球應受到內壁向上的支持力N1，受力如圖示：N1mgmg-N1=mv12/l得N1=1.6N(2)v2=4m/s>v0

球應受到外壁向下的支持力N2如圖示：AOmN2mg則mg+N2=mv22/l得N2=4.4N由牛頓第三定律，球對管壁的作用力分別為(1)對內壁1.6N向下的壓力(2)對外壁4.4N向上的壓力.練習:用鋼管做成半徑為R=0.5m的光滑圓環(huán)（管徑遠小于R54豎直平面內的變速圓周運動繩桿圓管橋面示意圖m的受力情況重力、繩的拉