生活中的圓周運動演示文稿

生活中的圓周運動演示文稿目前一頁\總數三十五頁\編于十六點（優(yōu)選）生活中的圓周運動目前二頁\總數三十五頁\編于十六點生活中的圓周運動目前三頁\總數三十五頁\編于十六點F合"供需"平衡物體做勻速圓周運動提供物體做勻速圓周運動的力(受力分析)物體做勻速圓周運動所需的力向心力公式的理解=從"供""需"兩方面研究做圓周運動的物體目前四頁\總數三十五頁\編于十六點汽車在水平地面上轉彎是什么力提供向心力的呢?OmgFNFf實例研究——汽車轉彎目前五頁\總數三十五頁\編于十六點汽車在水平路面上轉彎所需要的向心力來源:汽車側向所受的靜摩擦力。OmgFNFf當汽車轉彎的半徑一定時,汽車的速度v越大,所需的向心力也越大,靜摩擦力也越大,當靜摩擦力為最大靜摩擦力時:目前六頁\總數三十五頁\編于十六點某司機駕車在麗龍高速出口,通過水平轉盤時出了車禍。討論其原因,交通部門有責任么?如果你是公路的設計師,請?zhí)岢瞿愕牡缆犯倪M措施?轉彎處的路面內低外高!GFfFN目前七頁\總數三十五頁\編于十六點OmgFNFf由此可見:當汽車以沿圓盤轉彎時,存在一個安全通過的最大速度,如果超過了這個速度,汽車將發(fā)生側滑現象。改進措施:(1)增大圓盤半徑(2)增加路面的粗糙程度(3)增加路面高度差——外高內低(4)最重要的一點:司機應該減速慢行!目前八頁\總數三十五頁\編于十六點實例研究——火車轉彎火車以半徑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據可得:Ff=2.4×106N但軌道提供的靜摩擦力最大值:Ffmax=μmg=1.96×106N"供需"不平衡,如何解決?目前九頁\總數三十五頁\編于十六點最佳設計方案火車以半徑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由力的關系得:由向心力公式得:由幾何關系得:解：=0.14m目前十頁\總數三十五頁\編于十六點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"供需"不平衡目前十一頁\總數三十五頁\編于十六點列車速度過快,造成翻車事故目前十二頁\總數三十五頁\編于十六點1、汽車過拱橋質量為m

的汽車以恒定的速率v通過半徑為r的拱橋,如圖所示,求汽車在橋頂時對路面的壓力是多大?實例研究——汽車過橋目前十三頁\總數三十五頁\編于十六點解:汽車通過橋頂時,受力如圖:mgFNOr由牛頓第二定律:由牛頓第三定律:當汽車通過橋頂時的速度逐漸增大時FN

和FN′會怎樣變化?FfF失重目前十四頁\總數三十五頁\編于十六點地球可以看做一個巨大的拱形橋,橋面的半徑就是地球的半徑。會不會出現這樣的情況:速度大到一定程度時,地面對車的支持力為零?這時駕駛員與座椅之間的壓力是多少……此時:第一宇宙速度目前十五頁\總數三十五頁\編于十六點你見過凹形橋嗎?瀘定橋目前十六頁\總數三十五頁\編于十六點

拓展:質量為m的汽車以恒定的速率v通過半徑為r的凹形橋面,如圖所示,求汽車在最低點時對橋面的壓力是多大?解:汽車通過底部時,受力如圖:GFN由牛頓第二定律:當汽車通過橋最低點時的速度逐漸增大時FN和FN′怎樣變化?由牛頓第三定律：FFf超重目前十七頁\總數三十五頁\編于十六點比較三種橋面受力的情況FN=GGFNGGFNFN目前十八頁\總數三十五頁\編于十六點飛車走壁摩托車飛車走壁,請分析受力情況,解釋現象。FNmgF目前十九頁\總數三十五頁\編于十六點思考:過山車為什么在最高點也不會掉下來?過山車目前二十頁\總數三十五頁\編于十六點討論物做近心運動

①繩和內軌模型理論研究mgFNv軌道提供支持力,繩子提供拉力。目前二十一頁\總數三十五頁\編于十六點v

②桿兒和雙軌模型能過最高點的臨界條件:當速度v>時,桿兒對小球是拉力;當速度v<時,桿兒對小球是支持力;當速度v=時,桿兒對小球無作用力。mgFN討論FN=0桿既可以提供拉力,也可以提供支持力。FNFN目前二十二頁\總數三十五頁\編于十六點

繩桿圓管

模型圖

m的受力情況

最高點A的速度

重力、繩的拉力AOmBL重力、桿的拉力或支持力AOmBR重力、外管壁的支持力或內管壁的支持力豎直平面內的變速圓周運動AOmBL目前二十三頁\總數三十五頁\編于十六點練習: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,一小球(可看作質點,直徑略小于管徑)質量為m=0.2kg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/s2A的速率為1.0m/sA的速率為4.0m/s

目前二十四頁\總數三十五頁\編于十六點解：AOm先求出桿的彈力為0的速率v0mg=mv02/lv02=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:FN1mgmg-FN1=mv12/l得:FN1=1.6N(2)v2=4m/s>v0

球應受到外壁向下的支持力N2如圖所示:AOmFN2mg則mg+FN2

=mv22/l得FN2

=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。目前二十五頁\總數三十五頁\編于十六點如圖所示,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T,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T。MωMgTmmgT由圓周運動規(guī)律有:mg+T=mω2r即mω2r≤(M+m)g目前二十六頁\總數三十五頁\編于十六點航天員在航天器中繞地球做勻速圓周運動時,航天只受地球引力,引力為他提供了繞地球做勻速圓周運動所需的向心力F引=mv2/R,所以處于失重狀態(tài)。實例研究——失重現象目前二十七頁\總數三十五頁\編于十六點mg=mv2/R由此可以得出v=(Rg)1/2目前二十八頁\總數三十五頁\編于十六點當 時,座艙對他的支持力FN=0,航天員處于完全失重狀態(tài)?在繞地球做勻速圓周運動的宇宙飛船中的宇航員,除了地球引力外,還可能受到飛船座艙對他的支持力FN。其實對于任何一個按慣性飛行(只受重力作用)的飛行器或容器,其中的所有物體都處于完全失重狀態(tài)。得由若在近軌道繞地球做勻速圓周運動:目前二十九頁\總數三十五頁\編于十六點做勻速圓周運動的物體,在一定條件下,做逐漸遠離圓心的運動,這種運動叫離心運動。１、觀察與思考觀察實驗現象回答下列問題(1)木塊為什么會離開轉盤?(2)什么叫做離心運動?原因：物所需的向心力隨著v的增大而增大,但提供向心力的合力為靜摩擦力Ff≤Ffmax當Ffmax＜

時,產生離心現象。實例研究——離心現象目前三十頁\總數三十五頁\編于十六點

o

做勻速圓周運動的物體,由于慣性總有沿切線方向飛去的傾向,在合外力突然消失或者不足以提供圓周運動所需的向心力的情況下,做逐漸遠離圓心的離心運動;當合外力大于物體做圓周運動所需的向心力時,物體做離圓心越來越近的向心運動;只有當合外力等于所需的向心力時,物體才可能做勻速圓周運動。F拉=mω2rF拉>mω2rF拉<mω2rF拉=02、合外力與向心力的關系"供""需"是否平衡決定物體做何種運動目前三十一頁\總數三十五頁\編于十六點3、離心運動的應用和防止(1)離心運動的應用①甩干雨傘上的水滴②鏈球運動

在田徑比賽中,鏈球項目就是得用離心現象來實現投擲的。鏈球的投擲是通過預擺和旋轉來完成的,運動員手持鏈球鏈條的一端,在鏈球高速旋轉時,突然松手,拉力消失,鏈就沿切線方向飛出去。

在雨天,我們可以通過旋轉雨傘的方法甩干雨傘上的水滴,旋轉時,當轉動快到一定的程度時,水滴和雨傘之間的附著力滿足不了水滴做圓周運動所需的向心力,水滴就會做遠離圓心的運動而被甩出去。目前三十二頁\總數三十五頁\編于十六點

把濕布塊放在離心干燥器的金屬網籠里,網籠轉得比較慢時,水滴跟物體的附著力F足以提供所需要的向心力,使水滴做圓周運動,當網籠轉的比較快時,附著力

F

不足以提供所需要的向心力,于是水滴做離心運動,穿過網孔,飛到網籠外面。洗衣機的脫水筒也是利用離心運動把濕衣服甩干的。

③離心干燥器oF<mω2rFv目前三十三頁\總數三十五頁\編于十六點(2)離心運動的防止

①在水平公路上行駛的汽車轉彎時υFfmax<mυr2Ff汽車

在水平公路上行駛的汽車,轉彎時所需的向心力是由車輪與路面的靜摩擦力提供的。如果轉彎時速度過大,所需向心力F大于最大靜摩擦力Ffmax,汽車將做離心運動而造成交通事故。因此,在公路彎道處,車輛行駛不允許超過規(guī)定的速度。②高速轉動的砂輪、飛輪等

高速轉動的砂輪、飛輪等,都不得超過允許的最大轉速,如果轉速過高,砂輪、飛