5.7生活中的圆周运动.ppt

7 7 7 7生活中的圆周运动12/12/20221知识回顾知识回顾向心力的特点向心力的特点方向：方向：总是指向圆心总是指向圆心,作用效果只改变速度作用效果只改变速度 的方向，的方向，由物体在半径方向的合力提供。由物体在半径方向的合力提供。大小大小：o物体做圆周运动时，必须有力提供物体做圆周运动时，必须有力提供向心力是按效果命名的力向心力是按效果命名的力向心力向心力12/12/20222提提供供物体做物体做圆周运动的力圆周运动的力物体做圆周运动物体做圆周运动所所需需的力的力物体作圆周运动的条件物体作圆周运动的条件从从“供供”“需需”两方面两方面研究生活中做圆周运动的研究生活中做圆周运动的物体物体，由物体受力情况决定由物体受力情况决定由物体的运动情况决定由物体的运动情况决定F=“供需供需”平衡平衡 物体做圆周运动物体做圆周运动本节课本节课牛顿第二定律牛顿第二定律F=ma的应用的应用12/12/20223生生活活中中的的圆圆周周运运动动圆周运动(Circularmotion)铁路的弯道铁路的弯道火车车轮的构造火车车轮的构造火车车轮有火车车轮有突出的轮缘突出的轮缘背景问题背景问题1 1、火车转弯：、火车转弯：12/12/20224请思考请思考：列车的脱轨、翻车事故容易出现在什：列车的脱轨、翻车事故容易出现在什么地方？么地方？铁路的弯道处铁路的弯道处12/12/20226FNFG1、铁路的弯道、铁路的弯道生生活活中中的的圆圆周周运运动动圆周运动(Circularmotion)(1)内外轨道一样高时转弯火车车轮受三个力：火车车轮受三个力：重力、支持力、外重力、支持力、外轨对轮缘的弹力轨对轮缘的弹力.外轨对轮缘的弹力外轨对轮缘的弹力F提供向心力提供向心力F=F向向怎么办怎么办?背景问题背景问题1 1、火车转弯：、火车转弯：12/12/20227铁路的弯道铁路的弯道生生活活中中的的圆圆周周运运动动圆周运动(Circularmotion)(2)外轨高内轨低时转弯GFnNhL此为火车此为火车转弯时的转弯时的设计速度设计速度r思考思考:(1)如果如果v行驶行驶v设计设计,情况如何情况如何?(2)如果如果v行驶行驶v0时：时：当当vv0时：时：轮缘不受侧向压力轮缘不受侧向压力,最安全的转弯速度最安全的转弯速度轮缘受到外轨向内的挤压力轮缘受到外轨向内的挤压力,外轨易损坏。外轨易损坏。外轨易损坏。外轨易损坏。轮缘受到内轨向外的挤压力轮缘受到内轨向外的挤压力,内轨易损坏。内轨易损坏。内轨易损坏。内轨易损坏。F弹弹F弹弹背景问题背景问题1 1、火车转弯：、火车转弯：铁路铁路弯道弯道处处超速超速是火车脱是火车脱轨和翻车的主要原因轨和翻车的主要原因12/12/20229生生活活中中的的圆圆周周运运动动圆周运动(Circularmotion)背景问题背景问题2 2：汽车过桥：汽车过桥黄石长江大桥黄石长江大桥汽车过桥问题1.1.1.1.求汽车以速度求汽车以速度求汽车以速度求汽车以速度v v v v过半径为过半径为过半径为过半径为r r r r 的拱桥的拱桥的拱桥的拱桥最高点最高点最高点最高点时对拱桥的压力？时对拱桥的压力？时对拱桥的压力？时对拱桥的压力？【解解解解】G和和N的合力提供汽车做圆周运动的的合力提供汽车做圆周运动的向心力，由牛顿第二定律得：向心力，由牛顿第二定律得：可见汽车的速度越大对桥的压力越小。可见汽车的速度越大对桥的压力越小。NG当当时汽车对桥的压力为零。（临界速度）时汽车对桥的压力为零。（临界速度）当当大于大于临界临界时，汽车做什么运动？时，汽车做什么运动？飞离桥面做飞离桥面做飞离桥面做飞离桥面做平抛运动！平抛运动！平抛运动！平抛运动！汽车过桥问题由于加速度由于加速度由于加速度由于加速度竖直向下，属竖直向下，属竖直向下，属竖直向下，属失重失重失重失重现象。现象。现象。现象。m泸定桥12/12/2022112.求汽车过凹形路段求汽车过凹形路段最低点最低点时对路面的压力？时对路面的压力？NG【解解解解】G和和N的合力提供汽车做圆周运动的合力提供汽车做圆周运动的向心力，由牛顿第二定律得：的向心力，由牛顿第二定律得：可见汽车的可见汽车的速度速度V V越大，越大，对桥的对桥的压力越大压力越大。由于加速度由于加速度的方向的方向竖直向上，属竖直向上，属超重超重现象。现象。m12/12/202212生生活活中中的的圆圆周周运运动动圆周运动(Circularmotion)FN=G汽车过桥问题小结汽车过桥问题小结eg1.一辆卡车在丘陵地匀速行驶一辆卡车在丘陵地匀速行驶,地形如图所示地形如图所示,由于轮胎太旧由于轮胎太旧,途中爆胎途中爆胎,爆胎可能性最大的地爆胎可能性最大的地段应是段应是()A.a处处B.b处处C.c处处D.d处处生生活活中中的的圆圆周周运运动动圆周运动(Circularmotion)abcdD可能飞离路面的地段应是？当堂练习当堂练习12/12/202214如图如图687所示，汽车以一定的速度经过一个圆弧形桥所示，汽车以一定的速度经过一个圆弧形桥面的顶点时，关于汽车的受力及汽车对桥面的压力情况，面的顶点时，关于汽车的受力及汽车对桥面的压力情况，以下说法正确的是以下说法正确的是()练习A.在竖直方向汽车受到三个力：重力、在竖直方向汽车受到三个力：重力、桥面的支持力和向心力桥面的支持力和向心力B.在竖直方向汽车只受两个力：重力在竖直方向汽车只受两个力：重力和桥面的支持力和桥面的支持力C.汽车对桥面的压力小于汽车的重力汽车对桥面的压力小于汽车的重力D汽车对桥面的压力大于汽车的重力汽车对桥面的压力大于汽车的重力BC 12/12/202215思考与讨论思考与讨论地球可以看做一地球可以看做一个巨大的拱形桥，个巨大的拱形桥，桥面的半径就是地桥面的半径就是地球的半径。会不会球的半径。会不会出现这样的情况：出现这样的情况：速度大到一定程度速度大到一定程度时，地面对车的支时，地面对车的支持力是零？这时驾持力是零？这时驾驶员与座椅之间的驶员与座椅之间的压力是多少？压力是多少？思考与讨论思考与讨论12/12/202216三：航天器中的失重现象三：航天器中的失重现象 假设宇宙飞船总质量为假设宇宙飞船总质量为M，它在地球，它在地球表面附近绕地球做匀速圆周运动，其轨道表面附近绕地球做匀速圆周运动，其轨道半径近似等于地球半径半径近似等于地球半径r，航天员质量为，航天员质量为m，宇宙飞船和航天员受到的地球引力近似，宇宙飞船和航天员受到的地球引力近似等于他们在地面上的重力等于他们在地面上的重力mg试求座舱对试求座舱对宇航员的支持力为零时飞船的速度多大宇航员的支持力为零时飞船的速度多大?通通过求解，你可以判断此时的宇航员处于什过求解，你可以判断此时的宇航员处于什么状态（超重或失重）。么状态（超重或失重）。12/12/202217对宇航员，重力提供向心力：对宇航员，重力提供向心力：mg=mvmg=mv2 2/r/r由此可以得出由此可以得出宇航员处于完宇航员处于完全失重状态全失重状态此时人对座椅的压此时人对座椅的压力为零力为零12/12/202218请思考请思考：为什么列车的脱轨、翻车事故易出现：为什么列车的脱轨、翻车事故易出现在拐弯处呢？在拐弯处呢？12/12/202219做圆周运动的物体，由于本身的惯性，做圆周运动的物体，由于本身的惯性，总有沿着圆周切线方向飞去的倾向总有沿着圆周切线方向飞去的倾向.当当Fn=0时，物体沿切线方向飞出时，物体沿切线方向飞出问题一、刚才见到的事故都是在什么问题一、刚才见到的事故都是在什么地方发生的？地方发生的？问题二、你看到这些车子出事故时的侧滑问题二、你看到这些车子出事故时的侧滑或翻滚或翻滚方向方向都有什么样的共同特点？都有什么样的共同特点？请思考请思考12/12/202220背景问题背景问题4 离心运动离心运动F=0FF 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？12/12/202221四四离心运动离心运动1.1.离心运动：离心运动：做圆周运动的物体，在提供的向心力突然做圆周运动的物体，在提供的向心力突然做圆周运动的物体，在提供的向心力突然做圆周运动的物体，在提供的向心力突然消失，或者不足以提供圆周运动所需的向心力的情况下，消失，或者不足以提供圆周运动所需的向心力的情况下，消失，或者不足以提供圆周运动所需的向心力的情况下，消失，或者不足以提供圆周运动所需的向心力的情况下，就做逐渐远离圆心的运动。就做逐渐远离圆心的运动。就做逐渐远离圆心的运动。就做逐渐远离圆心的运动。2.2.物体作离心运动的条件：物体作离心运动的条件：FnF需向需向思考问题？思考问题？Fn=F需向需向需向需向做什么运动？做什么运动？做什么运动？做什么运动？Fn=0做什么运动？做什么运动？做什么运动？做什么运动？FnF需需需需向向向向做什么运动？做什么运动？做什么运动？做什么运动？FnF需需需需向向向向做什么运动？做什么运动？做什么运动？做什么运动？圆周圆周近心近心切线切线离心离心12/12/202222离离心心抛抛掷掷离离心心脱脱水水离离心心分分离离离离心心甩甩干干离心运动的应用12/12/202223用离心机把用离心机把体温计的水体温计的水银柱甩回玻银柱甩回玻璃泡内璃泡内制作棉花糖的原理：制作棉花糖的原理：内内筒与筒与洗衣机的脱水筒相似，里洗衣机的脱水筒相似，里面加入白砂糖，加热使糖熔化成面加入白砂糖，加热使糖熔化成糖汁。内筒高速旋转，黏稠的糖糖汁。内筒高速旋转，黏稠的糖汁就做离心运动，从内筒壁的小汁就做离心运动，从内筒壁的小孔飞散出去，成为丝状到达温度孔飞散出去，成为丝状到达温度较低的外筒，并迅速冷却凝固，较低的外筒，并迅速冷却凝固，变得纤细雪白，像一团团棉花。变得纤细雪白，像一团团棉花。12/12/202224OF静静vOFv4.离心运动的防止离心运动的防止2、防止：汽车转弯，高速砂轮限速等、防止：汽车转弯，高速砂轮限速等12/12/2022254 4.离心运动的防止：离心运动的防止：1）在水平公路上行驶的汽车转弯时在水平公路上行驶的汽车转弯时F mr2F汽车 在水平公路上行驶的汽车，转弯在水平公路上行驶的汽车，转弯时所需的向心力是由车轮与路面的时所需的向心力是由车轮与路面的静摩擦力提供的。如果转弯时速度静摩擦力提供的。如果转弯时速度过大，所需向心力过大，所需向心力F F大于最大静摩大于最大静摩擦力擦力FmaxFmax，汽车将做离心运动而汽车将做离心运动而造成交通事故。因此，在公路弯道造成交通事故。因此，在公路弯道处，车辆行驶不允许超过规定的速处，车辆行驶不允许超过规定的速度。度。2）高速转动的砂轮、飞轮等）高速转动的砂轮、飞轮等12/12/202226向心、圆周、离心运动“供供”“需需”是否平衡决定物体做何种运是否平衡决定物体做何种运动动供提供物体做圆提供物体做圆周运动的力周运动的力需物体做匀速圆周物体做匀速圆周运动所需的力运动所需的力Fn=圆周运动Fn向心运动小结小结12/12/202227二二.拱形桥拱形桥1.汽车过拱形桥时汽车过拱形桥时,对桥面的压力与重力比较对桥面的压力与重力比较2.圆周运动中的超重、失重情况圆周运动中的超重、失重情况三三.航天器中的失重现象航天器中的失重现象重力提供自身做圆周运动向心重力提供自身做圆周运动向心力力四四.离心运动离心运动1.离心现象的分析与讨论离心现象的分析与讨论2.离心运动的应用和防止离心运动的应用和防止课堂小结课堂小结火车转弯规定火车转弯规定:v过大时过大时:外侧轨道与轮之间有弹力外侧轨道与轮之间有弹力v过小时过小时:内侧轨道与轮之间有弹力内侧轨道与轮之间有弹力一一.铁路的弯道铁路的弯道1.向心力的来源向心力的来源:A外轨高于内轨时外轨高于内轨时,重力与支持力的合力重力与支持力的合力是使火车转弯的向心力是使火车转弯的向心力B轮缘轮缘2转弯处的半径和火车运行速度的条件限制转弯处的半径和火车运行速度的条件限制.12/12/202228处理圆周运动问题的基本思路：处理圆周运动问题的基本思路：1）找到圆周运动的圆平面，确定）找到圆周运动的圆平面，确定圆心圆心找到找到半径半径2）受力分析，找到向心力的）受力分析，找到向心力的来源来源；3）利用）利用向心力公式向心力公式Fn=man列方程求解列方程求解实质是牛顿第二定律实质是牛顿第二定律在圆周运动中的应用在圆周运动中的应用只不过这里的加速度只不过这里的加速度是向心加速度。是向心加速度。12/12/20222912/12/202230请问：请问：1 1、做匀速圆周运动的物体，、做匀速圆周运动的物体，向心力是谁提供的？向心力是谁提供的？2 2、竖直平面内做圆周运动、竖直平面内做圆周运动的物体，在最高点和最低点，的物体，在最高点和最低点，向心力是谁提供的？向心力是谁提供的？合力合力12/12/202231分析做圆周运动的物体受力情况分析做圆周运动的物体受力情况OmgFNFfOmgFN提供向心力提供向心力受力分析受力分析FfFN+mg12/12/202232飞机转弯飞机转弯:GNFnO12/12/202233课堂练习课堂练习航天飞机中的物体处于失重状态，是指这航天飞机中的物体处于失重状态，是指这个物体：个物体：(A)(A)不受地球的吸引力；不受地球的吸引力；(B)(B)地球吸引力和向心力平衡；地球吸引力和向心力平衡；(C)(C)受的向心力和离心力平衡；受的向心力和离心力平衡；(D)(D)对支持它的物体的压力为零。对支持它的物体的压力为零。12/12/202234拓展与思考：拓展与思考：汽车能通过圆形轨道的最高点吗？汽车能通过圆形轨道的最高点吗？R联想：过山车上的人为什么不会掉下来联想：过山车上的人为什么不会掉下来12/12/20223512/12/20223612/12/20223712/12/20223812/12/20223912/12/20224012/12/20224112/12/20224212/12/20224312/12/20224412/12/202245