「生活中的圓周運(yùn)動(dòng)（學(xué)校課件）」.ppt

第八節(jié)生活中的圓周運(yùn)動(dòng) 1 高級(jí)課件 生活中的圓周運(yùn)動(dòng) 2 高級(jí)課件 F合 供需 平衡物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng) 向心力公式的理解 從 供 需 兩方面研究做圓周運(yùn)動(dòng)的物體 3 高級(jí)課件 汽車在水平地面上轉(zhuǎn)彎是什么力提供向心力的呢 實(shí)例研究 汽車轉(zhuǎn)彎 4 高級(jí)課件 汽車在水平路面上轉(zhuǎn)彎所需要的向心力來源 汽車側(cè)向所受的靜摩擦力 當(dāng)汽車轉(zhuǎn)彎的半徑一定時(shí) 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(dāng)靜摩擦力為最大靜摩擦力時(shí) 5 高級(jí)課件 某司機(jī)駕車在麗龍高速出口 通過水平轉(zhuǎn)盤時(shí)出了車禍 討論其原因 交通部門有責(zé)任么 如果你是公路的設(shè)計(jì)師 請(qǐng)?zhí)岢瞿愕牡缆犯倪M(jìn)措施 轉(zhuǎn)彎處的路面內(nèi)低外高 G Ff FN 6 高級(jí)課件 由此可見 當(dāng)汽車以沿圓盤轉(zhuǎn)彎時(shí) 存在一個(gè)安全通過的最大速度 如果超過了這個(gè)速度 汽車將發(fā)生側(cè)滑現(xiàn)象 改進(jìn)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(nèi)低 4 最重要的一點(diǎn) 司機(jī)應(yīng)該減速慢行 7 高級(jí)課件 實(shí)例研究 火車轉(zhuǎn)彎 火車以半徑R 300m在水平軌道上轉(zhuǎn)彎 火車質(zhì)量為8 105kg 速度為30m s 鐵軌與輪之間的動(dòng)摩擦因數(shù) 0 25 設(shè)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 Ffmax mg 1 96 106N 供需 不平衡 如何解決 8 高級(jí)課件 最佳設(shè)計(jì)方案 火車以半徑R 900m轉(zhuǎn)彎 火車質(zhì)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(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 由力的關(guān)系得 由向心力公式得 由幾何關(guān)系得 解 0 14m 9 高級(jí)課件 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) 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 若火車車輪無輪緣 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) 供需 不平衡 10 高級(jí)課件 列車速度過快 造成翻車事故 11 高級(jí)課件 1 汽車過拱橋質(zhì)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(shí)對(duì)路面的壓力是多大 實(shí)例研究 汽車過橋 12 高級(jí)課件 解 汽車通過橋頂時(shí) 受力如圖 O r 由牛頓第二定律 由牛頓第三定律 當(dāng)汽車通過橋頂時(shí)的速度逐漸增大時(shí)FN和FN 會(huì)怎樣變化 失重 13 高級(jí)課件 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 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)車的支持力為零 這時(shí)駕駛員與座椅之間的壓力是多少 此時(shí) 第一宇宙速度 14 高級(jí)課件 你見過凹形橋嗎 瀘定橋 15 高級(jí)課件 拓展 質(zhì)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(diǎn)時(shí)對(duì)橋面的壓力是多大 解 汽車通過底部時(shí) 受力如圖 由牛頓第二定律 當(dāng)汽車通過橋最低點(diǎn)時(shí)的速度逐漸增大時(shí)FN和FN 怎樣變化 由牛頓第三定律 超重 16 高級(jí)課件 比較三種橋面受力的情況 G FN G G FN FN 17 高級(jí)課件 飛車走壁 摩托車飛車走壁 請(qǐng)分析受力情況 解釋現(xiàn)象 18 高級(jí)課件 思考 過山車為什么在最高點(diǎn)也不會(huì)掉下來 過山車 19 高級(jí)課件 討論 物做近心運(yùn)動(dòng) 繩和內(nèi)軌模型 理論研究 mg FN v 軌道提供支持力 繩子提供拉力 20 高級(jí)課件 v 桿兒和雙軌模型 能過最高點(diǎn)的臨界條件 當(dāng)速度v 時(shí) 桿兒對(duì)小球是拉力 當(dāng)速度v 時(shí) 桿兒對(duì)小球是支持力 當(dāng)速度v 時(shí) 桿兒對(duì)小球無作用力 mg FN 討論 FN 0 桿既可以提供拉力 也可以提供支持力 FN FN 21 高級(jí)課件 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 豎直平面內(nèi)的變速圓周運(yùn)動(dòng) 22 高級(jí)課件 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 一小球 可看作質(zhì)點(diǎn) 直徑略小于管徑 質(zhì)量為m 0 2kg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 s2A的速率為1 0m sA的速率為4 0m s 23 高級(jí)課件 解 先求出桿的彈力為0的速率v0 mg mv02 l v02 gl 5 v0 2 25m s 1 v1 1m s v0球應(yīng)受到內(nèi)壁向上的支持力N1 受力如圖示 mg FN1 mv12 l 得 FN1 1 6N 2 v2 4m s v0球應(yīng)受到外壁向下的支持力N2如圖所示 則mg FN2 mv22 l 得FN2 4 4N 由牛頓第三定律 球?qū)鼙诘淖饔昧Ψ謩e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 24 高級(jí)課件 如圖所示 質(zhì)量為M的電動(dòng)機(jī)始終靜止于地面 其飛輪上固定一質(zhì)量為m的物體 物體距輪軸為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 應(yīng)如何 解 當(dāng)小物體轉(zhuǎn)到最高點(diǎn)時(shí) 對(duì)底座 受到重力Mg和物體對(duì)底座的拉力T 為使電動(dòng)機(jī)不至于離開地面 必須T Mg 對(duì)物體 受到重力mg和底座對(duì)物體的拉力T 由圓周運(yùn)動(dòng)規(guī)律有 mg T m 2r 即m 2r M m g 25 高級(jí)課件 航天員在航天器中繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí) 航天只受地球引力 引力為他提供了繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力F引 mv2 R 所以處于失重狀態(tài) 實(shí)例研究 失重現(xiàn)象 26 高級(jí)課件 mg mv2 R由此可以得出v Rg 1 2 27 高級(jí)課件 當(dāng)時(shí) 座艙對(duì)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(yùn)動(dòng)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(duì)他的支持力FN 其實(shí)對(duì)于任何一個(gè)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(yùn)動(dòng) 28 高級(jí)課件 做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體 在一定條件下 做逐漸遠(yuǎn)離圓心的運(yùn)動(dòng) 這種運(yùn)動(dòng)叫離心運(yùn)動(dòng) 觀察與思考 觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象回答下列問題 1 木塊為什么會(huì)離開轉(zhuǎn)盤 2 什么叫做離心運(yùn)動(dòng) 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(dāng)Ffmax 時(shí) 產(chǎn)生離心現(xiàn)象 實(shí)例研究 離心現(xiàn)象 29 高級(jí)課件 做勻速圓周運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)所需的向心力的情況下 做逐漸遠(yuǎn)離圓心的離心運(yùn)動(dòng) 當(dāng)合外力大于物體做圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力時(shí) 物體做離圓心越來越近的向心運(yùn)動(dòng) 只有當(dāng)合外力等于所需的向心力時(shí) 物體才可能做勻速圓周運(yùn)動(dòng) F拉 m 2r F拉 m 2r F拉 m 2r F拉 0 2 合外力與向心力的關(guān)系 供 需 是否平衡決定物體做何種運(yùn)動(dòng) 30 高級(jí)課件 3 離心運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用和防止 1 離心運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用 甩干雨傘上的水滴 鏈球運(yùn)動(dòng) 在田徑比賽中 鏈球項(xiàng)目就是得用離心現(xiàn)象來實(shí)現(xiàn)投擲的 鏈球的投擲是通過預(yù)擺和旋轉(zhuǎn)來完成的 運(yùn)動(dòng)員手持鏈球鏈條的一端 在鏈球高速旋轉(zhuǎn)時(shí) 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(zhuǎn)雨傘的方法甩干雨傘上的水滴 旋轉(zhuǎn)時(shí) 當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)快到一定的程度時(shí) 水滴和雨傘之間的附著力滿足不了水滴做圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力 水滴就會(huì)做遠(yuǎn)離圓心的運(yùn)動(dòng)而被甩出去 31 高級(jí)課件 把濕布?jí)K放在離心干燥器的金屬網(wǎng)籠里 網(wǎng)籠轉(zhuǎn)得比較慢時(shí) 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(yùn)動(dòng) 當(dāng)網(wǎng)籠轉(zhuǎn)的比較快時(shí) 附著力F不足以提供所需要的向心力 于是水滴做離心運(yùn)動(dòng) 穿過網(wǎng)孔 飛到網(wǎng)籠外面 洗衣機(jī)的脫水筒也是利用離心運(yùn)動(dòng)把濕衣服甩干的 離心干燥器 o F m 2r F v 32 高級(jí)課件 2 離心運(yùn)動(dòng)的防止 在水平公路上行駛的汽車轉(zhuǎn)彎時(shí) Ffmax m r 2 Ff 汽車 在水平公路上行駛的汽車 轉(zhuǎn)彎時(shí)所需的向心力是由車輪與路面的靜摩擦力提供的 如果轉(zhuǎn)彎時(shí)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(yùn)動(dòng)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 高速轉(zhuǎn)動(dòng)的砂輪 飛輪等 高速轉(zhuǎn)動(dòng)的砂輪 飛輪等 都不得超過允許的最大轉(zhuǎn)速 如果轉(zhuǎn)速過高 砂輪 飛輪內(nèi)部分子間的作用力不足以提供所需的向心力時(shí) 離心運(yùn)動(dòng)會(huì)便它們破裂 甚至釀成事故 為了防止事故的發(fā)生 通常還要在砂輪和飛輪的外側(cè)加裝一個(gè)防護(hù)罩 33 高級(jí)課件 關(guān)于制作 棉花 糖的原理 它的內(nèi)筒與洗衣機(jī)的脫水筒相似 里面加入白砂糖 加熱使糖熔化成糖汁 內(nèi)