曲線運(yùn)動(dòng)5.7生活中的圓周運(yùn)動(dòng)課件(人教版必修2)

1、第五章 曲線運(yùn)動(dòng) 第七節(jié) 生活中的圓周運(yùn)動(dòng)人教版必修人教版必修2知識(shí)回顧分析做圓周運(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+mg“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a賽道的設(shè)計(jì)一、鐵路的彎道生活中的類似問題生活中的類似問題實(shí)例研究1火車過彎火車以半徑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

2、數(shù)據(jù)可得： Ff=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？實(shí)際火車車輪與鐵軌模型F1FfF1Ff2、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=0.14m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彎道？實(shí)際火車與軌道設(shè)計(jì)中，利用輪

3、緣可增加小部分的向心力；墊高外軌可增加較多的向心力。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過大時(shí)：外側(cè)軌道與輪之間有彈力過小時(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，火車速度過大或過小時(shí)將向哪側(cè)運(yùn)動(dòng)？過大時(shí)：火車向外側(cè)運(yùn)動(dòng)過小時(shí)：火車向內(nèi)側(cè)運(yùn)動(dòng)FNmg離心向心向心、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=r

4、vm2Frvm2勻速圓周運(yùn)動(dòng)離心運(yùn)動(dòng)向心運(yùn)動(dòng)研究圓周運(yùn)動(dòng)的要點(diǎn)從“供”“需”兩方面來進(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)二、拱形橋?qū)嵗芯?過拱橋1、汽車過拱橋是豎直面內(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v2NvFFGmr n nFNG2NvFGmr FNG，即汽車對(duì)橋的壓力大于其所受重力，處于，即汽車對(duì)橋的壓力大于其所受重力，處于超超重狀態(tài)。重狀態(tài)。2、汽車過凹橋，在最低點(diǎn)時(shí)，車對(duì)凹橋的壓力怎樣？、汽車過凹橋，在最低點(diǎn)時(shí)，車對(duì)凹橋的壓力怎樣？1、汽車靜止在橋上與通過橋時(shí)的狀態(tài)是否

5、相同？、汽車靜止在橋上與通過橋時(shí)的狀態(tài)是否相同？vGFN2NvFGFmr n n2NvFGmr FNG 即汽車對(duì)橋的壓力小于其所受重力，處即汽車對(duì)橋的壓力小于其所受重力，處于于失重狀態(tài)。失重狀態(tài)。 3、汽車過凸橋時(shí)，在最高點(diǎn)時(shí)，車對(duì)凸橋的壓力又、汽車過凸橋時(shí)，在最高點(diǎn)時(shí)，車對(duì)凸橋的壓力又怎樣？怎樣？研究與討論1、若速度過快，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？GFNgrvFrvmmgFNN02討論3、若汽車沿圓弧橋面從頂端下滑，不在橋面的最高點(diǎn)或最低點(diǎn)時(shí)，怎么樣分析汽車的運(yùn)動(dòng)情況呢？R分析：由物體重力及支持力沿半徑方

6、向的合外力提供向心力，若車速度過快，車會(huì)離開橋面做斜下拋運(yùn)動(dòng)RvmFmgN2cos即將離開時(shí)FN=0思考與討論：思考與討論： 地球可以看做一個(gè)巨大的拱形橋，橋面的半徑就地球可以看做一個(gè)巨大的拱形橋，橋面的半徑就是地球的半徑。地面上有一輛汽車在行駛。是地球的半徑。地面上有一輛汽車在行駛。 根據(jù)上面的分析，汽車速度越大，地面對(duì)它的支根據(jù)上面的分析，汽車速度越大，地面對(duì)它的支持力就越小。會(huì)不會(huì)出現(xiàn)這樣的情況：速度大到一定持力就越小。會(huì)不會(huì)出現(xiàn)這樣的情況：速度大到一定程度時(shí)，地面對(duì)車的支持力是零？這時(shí)駕駛員與座椅程度時(shí)，地面對(duì)車的支持力是零？這時(shí)駕駛員與座椅之間的壓力是多少？之間的壓力是多少？三、航天

7、器中的失重現(xiàn)象三、航天器中的失重現(xiàn)象一宇宙飛船繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，距地面一二一宇宙飛船繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，距地面一二百千米時(shí)，它的軌道半徑近似等于地球半徑，航百千米時(shí)，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天員受到地球引力近似等于重力22()NNvm gFmRvFmgRvgR船艙對(duì)航天員的支持力為零，完全失重船艙對(duì)航天員的支持力為零，完全失重0在航天器中所有和重力有關(guān)的儀器都無(wú)法使用！在航天器中所有和重力有關(guān)的儀器都無(wú)法使用！彈簧測(cè)力計(jì)無(wú)法測(cè)量物體的重力，彈簧測(cè)力計(jì)無(wú)法測(cè)量物體的重力，無(wú)法用天平測(cè)量物體的質(zhì)量無(wú)法用天平測(cè)量物體的質(zhì)量但仍能測(cè)量拉力或壓力的大小。但仍能測(cè)

8、量拉力或壓力的大小。利用完全失重條件的科學(xué)研究利用完全失重條件的科學(xué)研究液體呈絕對(duì)球形液體呈絕對(duì)球形制造理想的滾珠制造理想的滾珠制造泡沫金屬制造泡沫金屬四、離心運(yùn)動(dòng)四、離心運(yùn)動(dòng)1定義：做圓周運(yùn)動(dòng)的物體，所受的合力突然消失或定義：做圓周運(yùn)動(dòng)的物體，所受的合力突然消失或 合力不足以提供向心力時(shí)，物體將逐漸遠(yuǎn)離合力不足以提供向心力時(shí)，物體將逐漸遠(yuǎn)離 圓心的運(yùn)動(dòng)圓心的運(yùn)動(dòng)2應(yīng)用與防止應(yīng)用與防止例例1：洗衣機(jī)脫水時(shí)利用：洗衣機(jī)脫水時(shí)利用離心離心運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)把把附著附著在衣物上的水甩掉在衣物上的水甩掉例例2：離心制管技術(shù)：離心制管技術(shù)例例3：車轉(zhuǎn)彎時(shí)要限制車速：車轉(zhuǎn)彎時(shí)要限制車速過山車過山車水流星水流星練習(xí)飛

9、車走壁練習(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=mv22 /l得 N2=4.4 N由牛頓第三定律，球?qū)鼙?/p>

10、的作用力分別 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.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 AAOmBR練習(xí)：練習(xí)：如圖示，質(zhì)量為如圖示，質(zhì)量為M M的電動(dòng)機(jī)始終靜止于地面，的電動(dòng)機(jī)始終靜止于地面，其飛輪上固定一質(zhì)量為其飛輪上固定一質(zhì)量為m m的物體，物體距輪軸為的物體，物體距輪軸為r r，為使電動(dòng)機(jī)不至于離開地面，其飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為使電動(dòng)機(jī)不至于離開地面，其飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度應(yīng)如何？應(yīng)如何？rMm解：解：當(dāng)小物體轉(zhuǎn)到最高點(diǎn)

11、時(shí)，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)不至于離開地面，必須為使電動(dòng)機(jī)不至于離開地面，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 1 1、以下屬于離心現(xiàn)象應(yīng)用的是（、以下屬于離心現(xiàn)象應(yīng)用的是（ ）A A、水平拋出去的物體，做平拋運(yùn)動(dòng)、水平拋出去的物體，做平拋運(yùn)動(dòng)B B、鏈球運(yùn)動(dòng)員加速旋轉(zhuǎn)到一定的速度后、鏈球運(yùn)動(dòng)員加速旋轉(zhuǎn)到一定的速度后將鏈球拋開將鏈球拋開C C、離心干燥器使

12、衣物干燥、離心干燥器使衣物干燥D D、錘頭松了，將錘柄在石頭上磕風(fēng)下就、錘頭松了，將錘柄在石頭上磕風(fēng)下就可以把柄安牢可以把柄安牢課堂練習(xí)課堂練習(xí)B CB C2 2、下列說法正確的是、下列說法正確的是 ( )( )A A、作勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體，在所受合外力突、作勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體，在所受合外力突然消失時(shí)，將沿圓周半徑方向離開圓心然消失時(shí)，將沿圓周半徑方向離開圓心B B、作勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體，在所受合外力突、作勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體，在所受合外力突然消失時(shí)，將沿圓周切線方向離開圓心然消失時(shí)，將沿圓周切線方向離開圓心C C、作勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體，它自己會(huì)產(chǎn)生一、作勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體，它自己會(huì)產(chǎn)生一個(gè)向心

13、力，維持其作圓周運(yùn)動(dòng)個(gè)向心力，維持其作圓周運(yùn)動(dòng)D D、作離心運(yùn)動(dòng)的物體，是因?yàn)槭艿诫x心力作、作離心運(yùn)動(dòng)的物體，是因?yàn)槭艿诫x心力作用的緣故用的緣故B3 3、為了防止汽車在水平路面上轉(zhuǎn)彎時(shí)出現(xiàn)、為了防止汽車在水平路面上轉(zhuǎn)彎時(shí)出現(xiàn)“打滑打滑”的現(xiàn)象，可以：的現(xiàn)象，可以：( )( ) a a、增大汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)的速度、增大汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)的速度 b b、減小汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)的速度、減小汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)的速度 c c、增大汽車與路面間的摩擦、增大汽車與路面間的摩擦 d d、減小汽車與路面間的摩擦、減小汽車與路面間的摩擦 b、d4 4、下列說法中錯(cuò)誤的有（、下列說法中錯(cuò)誤的有（ ）A A、提高洗衣機(jī)脫水筒的轉(zhuǎn)速，可以使衣服甩、提高洗衣機(jī)脫水筒的轉(zhuǎn)速，可以使衣服甩得更干得更干B B、轉(zhuǎn)動(dòng)帶有雨水的雨傘，水滴將沿圓周半徑、轉(zhuǎn)動(dòng)帶有雨水的雨傘，水滴將沿圓周半徑方向離開圓心方向離開圓心C C、為了防止發(fā)生事故，高速轉(zhuǎn)動(dòng)的砂輪、飛、為了防止發(fā)生事故，高速轉(zhuǎn)動(dòng)的砂輪、飛輪等不能超過允許的最大轉(zhuǎn)速輪等不能超過允許的最大轉(zhuǎn)速D D、離心水泵利用了離心運(yùn)動(dòng)的原理、離心水泵利用了離心運(yùn)動(dòng)的原理B做圓周