第8节生活中的圆周运动课件.ppt

第第8节节 生活中的圆周运动生活中的圆周运动（一）、复习提问（一）、复习提问1、向心力的来源？、向心力的来源？2、向心力的公式？、向心力的公式？（二）、引入新课（二）、引入新课生活中的圆周运动有很多，本节课介生活中的圆周运动有很多，本节课介绍绍几种常见的圆周运动几种常见的圆周运动一、火车转弯：一、火车转弯： 火车在平直轨火车在平直轨道上匀速行驶道上匀速行驶时，所受的合时，所受的合力等于力等于0 0，那么，那么当火车转弯时，当火车转弯时，我们说它做圆我们说它做圆周运动，那么周运动，那么是什么力提供是什么力提供火车的向心力火车的向心力呢？呢？（三）进行新课（三）进行新课外轨外轮内轮内轨内轨c c：由于该弹力是由轮缘和外轨的挤压产生的，且由于火车质量：由于该弹力是由轮缘和外轨的挤压产生的，且由于火车质量很大，故轮缘和外轨间的相互作用力很大，易损坏铁轨。很大，故轮缘和外轨间的相互作用力很大，易损坏铁轨。1 1、若内外轨道一样高时、若内外轨道一样高时FNFGa a：此时火车受三个力：重力、支持力、外轨对轮缘的弹力。：此时火车受三个力：重力、支持力、外轨对轮缘的弹力。b b：外轨对轮缘的弹力：外轨对轮缘的弹力F F提供向心力。提供向心力。2、当外轨略高于内轨时：、当外轨略高于内轨时：F火车的向心力：火车的向心力：由由mg和和FN 的合力提供的合力提供mgFN火车的力：火车的力：竖直向下的重力竖直向下的重力 mg垂直轨道面的支持力垂直轨道面的支持力 FN2tantanFmgvFmrvgr合向 火车受到的支持力和重力的合力指向圆心，火车受到的支持力和重力的合力指向圆心，为火车转弯提供了一部分向心力，减轻了轮缘为火车转弯提供了一部分向心力，减轻了轮缘与外轨的挤压。若这部分合力恰等于向心力，与外轨的挤压。若这部分合力恰等于向心力，那火车此时的线速度的表达式是什么？那火车此时的线速度的表达式是什么？思考：火车实际的速度大于或小于此速度会出现什么现象？思考：火车实际的速度大于或小于此速度会出现什么现象？ 向心力向心力NGF弹弹F弹弹0tanvgr 赛道的设计赛车转弯赛车转弯二、拱形桥二、拱形桥 为什么桥的为什么桥的外形都是凸外形都是凸起的而没有起的而没有凹陷的？这凹陷的？这样的设计跟样的设计跟向心力又有向心力又有怎么样的关怎么样的关系呢？系呢？ 汽车在拱桥上前进，桥面的圆弧半径为汽车在拱桥上前进，桥面的圆弧半径为R R，当它经过最，当它经过最高点时速度为高点时速度为v v，分析汽车过桥的最高点时对桥面的压力？，分析汽车过桥的最高点时对桥面的压力？e:e:又因支持力与压力是一对作用力与反作用力，所以又因支持力与压力是一对作用力与反作用力，所以 RvmGFN2RvmGF2压GF压a a：选汽车为研究对象：选汽车为研究对象b b：对汽车进行受力分析：受到重力和桥对车的支持力：对汽车进行受力分析：受到重力和桥对车的支持力c c：上述两个力的合力提供向心力、：上述两个力的合力提供向心力、 且向心力方向向下且向心力方向向下 d d：建立关系式：建立关系式： G-FN=2mvR且且解析：解析：1、凸形桥、凸形桥 思考与讨论：思考与讨论：1 1、根据上面的分析可以看出，汽车行驶的速度越、根据上面的分析可以看出，汽车行驶的速度越大，汽车对桥的压力越小。试分析一下，当汽车的大，汽车对桥的压力越小。试分析一下，当汽车的速度不断增大时，会有什么现象发生呢？速度不断增大时，会有什么现象发生呢？汽车过桥时一般都会有一个限速，规定汽车的速度不能大于汽车过桥时一般都会有一个限速，规定汽车的速度不能大于这个限速，就是因为上面的原因。这个限速，就是因为上面的原因。解析：由解析：由 可知汽车的速度可知汽车的速度v越大，对桥的压力越大，对桥的压力 就越小。当就越小。当 = 时，桥受到的压力等于零，合时，桥受到的压力等于零，合外力等于重力。若合外力不能提供汽车做圆周运动的向心力，外力等于重力。若合外力不能提供汽车做圆周运动的向心力，则汽车会飞出去做什么运动呢？则汽车会飞出去做什么运动呢？RvmGF2压mRGvgR 请你根据上面分析汽车通过凸请你根据上面分析汽车通过凸形桥的思路，分析一下汽车通过凹形桥的思路，分析一下汽车通过凹形桥最低点时对桥的压力（如图）。形桥最低点时对桥的压力（如图）。这时的压力比汽车的重力大还是小？这时的压力比汽车的重力大还是小？FG解析：解析：2F = G +mvRF GF G =2mvR2、凹形桥、凹形桥比较在两种不同桥面，桥面受力的情况，设车质量为m，桥面半径为R，此时速度为v。mgRvmmgFN2mgRvmmgFN2GFNGFN失重超重aa最高点最低点点评：点评： 无论过凸形桥还是凹型桥，无论过凸形桥还是凹型桥，都应当减速行驶。都应当减速行驶。 相同速度行驶的汽车再通过哪种相同速度行驶的汽车再通过哪种桥时轮胎容易爆炸呢？桥时轮胎容易爆炸呢？思考与讨论思考与讨论思考与讨论地球可以看做一个巨地球可以看做一个巨大的拱形桥，桥面的半径大的拱形桥，桥面的半径就是地球的半径。会不会就是地球的半径。会不会出现这样的情况：速度大出现这样的情况：速度大到一定程度时，地面对车到一定程度时，地面对车的支持力是零？这时驾驶的支持力是零？这时驾驶员与座椅之间的压力是多员与座椅之间的压力是多少？少？该“思考与讨论”中描述的情景其实已经实现，不过不是在汽车上，而是在航天飞机中 三、航天器中的失重现象三、航天器中的失重现象极限速度分析：极限速度分析：mgFNFN=Rvgm2Rvm2Mg - FN=令令FN=0，有：，有：grv 人处于完全失重状态人处于完全失重状态四、离心运动四、离心运动F=0FF22Fmr 绳栓着小球在水平面做匀速圆周运动时，小球所需的绳栓着小球在水平面做匀速圆周运动时，小球所需的向心力由形变的绳产生的弹力提供。若向心力由形变的绳产生的弹力提供。若m、r、一定，一定，向心力向心力F向向=m2r。若突然松手，小球将怎样若突然松手，小球将怎样运动？运动？若绳的拉力若绳的拉力F小于它做圆周运动的所需的小于它做圆周运动的所需的向心力，小球将怎样运动？向心力，小球将怎样运动？ 在实际中，有一些利用离心运动的机械，在实际中，有一些利用离心运动的机械，这些机械叫做离心机械。离心机械的种类这些机械叫做离心机械。离心机械的种类很多，应用也很广。例如，离心干燥（脱很多，应用也很广。例如，离心干燥（脱水）器，离心分离器，离心水泵。水）器，离心分离器，离心水泵。1、离心运动的应用：、离心运动的应用： 离心干燥器离心干燥器2、离心运动的危害高速转动的砂轮、飞轮等，都不得超过允许的最高速转动的砂轮、飞轮等，都不得超过允许的最大转速。转速过高时，砂轮、飞轮内部分子间的大转速。转速过高时，砂轮、飞轮内部分子间的相互作用力不足以提供所需的向心力，离心运动相互作用力不足以提供所需的向心力，离心运动会使它们破裂，酿成事故。会使它们破裂，酿成事故。例例1杂技演员在做水流星表演时，杂技演员在做水流星表演时，用绳系着装有水的水桶，在竖直平面用绳系着装有水的水桶，在竖直平面内做圆周运动，若水的质量内做圆周运动，若水的质量m0.5 kg，绳长绳长R40 cm，求：，求：（1）最高点水不流出的最小速率；）最高点水不流出的最小速率；（2）水在最高点速率）水在最高点速率v3 m/s时，水时，水对桶底的压力。对桶底的压力。【解析】【解析】 （1）在最高点水不流出的条件是重力不）在最高点水不流出的条件是重力不大于水做圆周运动所需要的向心力，大于水做圆周运动所需要的向心力，即：即： mgmv02/R ， 当当mg=mv02/时速度最小，时速度最小，则所求最小速率则所求最小速率v0 m/s2 m/s.（2）当水在最高点的速率大于）当水在最高点的速率大于v0时，只靠重力提时，只靠重力提供向心力已不足，此时水桶底对水有一向下的压供向心力已不足，此时水桶底对水有一向下的压力，设为力，设为FN，由牛顿第二定律有，由牛顿第二定律有FNmgmv2/RFNmv2/Rmg6.25 N由牛顿第三定律知，水对桶底的作用力由牛顿第三定律知，水对桶底的作用力FN FN6.25 N，方向竖直向上，方向竖直向上.点评：抓住临界状态，找出临界条件是解决这类点评：抓住临界状态，找出临界条件是解决这类极值问题的关键极值问题的关键.gR 生活中有很多运动都可以看作圆周运生活中有很多运动都可以看作圆周运动，解决这类问题的关键就是动，解决这类问题的关键就是（1）明确对象，找出圆周平面，确定圆心和半径；）明确对象，找出圆周平面，确定圆心和半径；（2）进行受力分析，画出受力分析图）进行受力分析，画出受力分析图;（3）求出在半径方向的合力，即向心力；）求出在半径方向的合力，即向心力；（4）用牛顿第二定律）用牛顿第二定律 结合匀速圆周结合匀速圆周 运动的特点列方程求解。运动的特点列方程求解。rvmFn2处理圆周运动问题的一般步骤：处理圆周运动问题的一般步骤：选准研究对象进行选准研究对象进行受力分析受力分析。（四）小结：（四）小结：（五）布置作业布置作业 完成课本P59“思考与练习”中的题目：1、2题谢 谢！