生活中的圆周运动课件-人教版-必修2.ppt

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1、当当 时，压力时，压力FN为零为零。汽车处于完全失重状态汽车处于完全失重状态一、凸桥一、凸桥GFNvvFNGFN G，二、凹桥二、凹桥研究与讨论1、若速度过快，汽车做何种运动？提供的向心力不足，做离心运动，离开桥面做平抛运动2、有无可能做这样的运动？若可能应满足怎样的条件？GFN思考与讨论：思考与讨论：地球可以看做一个巨大的拱形桥，桥地球可以看做一个巨大的拱形桥，桥面的半径就是地球的半径。会不会出现这面的半径就是地球的半径。会不会出现这样的情况：速度大到一定程度时，地面对样的情况：速度大到一定程度时，地面对车的支持力是零？这时驾驶员与座椅之间车的支持力是零？这时驾驶员与座椅之间的压力是多少？的

2、压力是多少？mgFN根据牛顿第二定律：根据牛顿第二定律：地球可以看作一个巨大的拱型桥，其半径就地球可以看作一个巨大的拱型桥，其半径就是地球半径是地球半径R（R=6400km），），若汽车不断加速，若汽车不断加速，则地面对它的支持力就会变小，汽车速度多大时，则地面对它的支持力就会变小，汽车速度多大时，支持力会变成支持力会变成零零？此时司机处于此时司机处于完全失重状态。完全失重状态。三三.航天器中的失重现象航天器中的失重现象在绕地球做匀速圆周运动的宇宙飞在绕地球做匀速圆周运动的宇宙飞船中的宇航员，除了地球引力外，船中的宇航员，除了地球引力外，还可能受到飞船座舱对他的支持力还可能受到飞船座舱对他的支

3、持力FN由由得得当当时时,座舱对他的支持力座舱对他的支持力FN=0,航天员处于完全失重状态航天员处于完全失重状态向心、圆周、离心运动向心、圆周、离心运动“供”“需”是否平衡决定物体做何种运动供提供物体做圆周运动的力需物体做匀速圆周运动所需的力F=匀速圆周运动F向心运动问题、问题、汽车转弯汽车转弯，情况如何呢？，情况如何呢？如果汽车的速度很大，会出现什么如果汽车的速度很大，会出现什么情况呢？有什么解决措施？情况呢？有什么解决措施？汽车转弯时的措施：汽车转弯时的措施：把转弯处的道路修成外高内低。把转弯处的道路修成外高内低。轮缘轮缘铁轨铁轨(轨距轨距)火车转弯火车转弯1、火车做匀速直线运动和匀速转弯

4、、火车做匀速直线运动和匀速转弯运动状态是否相同？运动状态是否相同？GFNF弹弹2、火车在转弯时，若内外轨是相平的，铁、火车在转弯时，若内外轨是相平的，铁轨如何对火车提供水平方向的向心力？轨如何对火车提供水平方向的向心力？a a：此时火车车轮受三个力：重力此时火车车轮受三个力：重力、支持力支持力、外轨对轮缘的弹力。外轨对轮缘的弹力。b b：外轨对轮缘的水平弹力提供火车转弯的向心力。外轨对轮缘的水平弹力提供火车转弯的向心力。外轨对轮缘的水平弹力提供火车转弯的向心力。外轨对轮缘的水平弹力提供火车转弯的向心力。轮缘与外轨间的相互作用力太大，铁轨轮缘与外轨间的相互作用力太大，铁轨和车轮极易受损！和车轮极

5、易受损！3、外轨对轮缘的水平弹力提供火车转弯的、外轨对轮缘的水平弹力提供火车转弯的向心力，这种方法在实际中可取吗？为什么？向心力，这种方法在实际中可取吗？为什么？例例1、火车速度为、火车速度为30m/s，弯道的半径弯道的半径R=900m，火车的质量火车的质量m=8105kg，转弯时轮缘转弯时轮缘对轨道侧向的弹力多大？对轨道侧向的弹力多大？让重力和支持力的合力提供向心力，来减让重力和支持力的合力提供向心力，来减少外轨对轮缘的挤压。少外轨对轮缘的挤压。FNGoF4、为了减轻铁轨的受损程度，你能提出、为了减轻铁轨的受损程度，你能提出一些可行的方案吗？一些可行的方案吗？例例2、若火车质量为、若火车质量

6、为m，转弯半径为转弯半径为r，要求轨道对轮缘无挤压作用，此时轨道要求轨道对轮缘无挤压作用，此时轨道倾角为倾角为，请问火车的速度为多大？请问火车的速度为多大？(LH知知:当当v=v0时：时：当当vv0时：时：当当v G，二、凹桥二、凹桥小结小结 一、火车转弯一、火车转弯:当当 时，压力时，压力FN为零为零。航天员处于完全失重状态航天员处于完全失重状态三、凸桥三、凸桥GFNv68 问题与练习参考解答：问题与练习参考解答：1.解解：小螺丝钉做匀速圆周运动所需要的小螺丝钉做匀速圆周运动所需要的向心力向心力F由转由转盘提供，盘提供，根据牛顿第三运动定律，小螺丝钉将给转盘向根据牛顿第三运动定律，小螺丝钉将

7、给转盘向外的作用力，转盘在这个力的作用下，将对转轴产生作外的作用力，转盘在这个力的作用下，将对转轴产生作用力，大小也是用力，大小也是F。F=m r 42n2=78 877N=2.解：解：假设汽车不发生侧滑，完全由假设汽车不发生侧滑，完全由静摩擦力提供向心静摩擦力提供向心力。力。而需要的向心力的最大值，根据牛顿第二运动定律，而需要的向心力的最大值，根据牛顿第二运动定律，为为：F=m v2/r=1.6104N1.4104N所以静摩擦力不足以提供相应的向心力，汽车以所以静摩擦力不足以提供相应的向心力，汽车以72Km/h的速度拐弯时，的速度拐弯时，将会发生侧滑将会发生侧滑3.解解：（：（1）汽车在桥顶

8、部做圆周运动，重力）汽车在桥顶部做圆周运动，重力G和支持和支持力力FN的合力提供向心力，即的合力提供向心力，即 GFN=m v2/r得汽车所受支持力得汽车所受支持力FN=Gm v2/r=7440N根据牛顿第三运动定律得，汽车对桥顶的压力大小也根据牛顿第三运动定律得，汽车对桥顶的压力大小也是是7440N。（2）根据题意，汽车对桥顶没有压力时，即根据题意，汽车对桥顶没有压力时，即FN=0，对对应的速度为应的速度为V，=22.1m=79.6Km/h。（3）汽车在桥顶做圆周运动，重力汽车在桥顶做圆周运动，重力G和支持力和支持力FN的合的合力提供向心力，力提供向心力，即即 GFN=m v2/r，汽车所受

9、支持力汽车所受支持力 FN=Gm v2/r，对于相同的行驶速度，拱桥圆弧半径越大，桥面所受对于相同的行驶速度，拱桥圆弧半径越大，桥面所受压力越大，汽车行驶越安全。压力越大，汽车行驶越安全。（4）根据第二问的结果，对应的速度为）根据第二问的结果，对应的速度为V0，得得V0=7.9Km/s4.解解：设小孩的质量为设小孩的质量为m，小孩到绳子的悬点的距离为小孩到绳子的悬点的距离为L，小孩运动到最低点的速度大小为小孩运动到最低点的速度大小为v，小孩在最低点受小孩在最低点受到支持力为到支持力为FN。将最低点的重力势能定为将最低点的重力势能定为0，以最高，以最高点为初状态，根据机械能守恒定律点为初状态，根

10、据机械能守恒定律(或动能定理或动能定理)得得:mgL(1-cos60)=m v2/2根据牛顿运动定律得根据牛顿运动定律得:FNmg=m v2/L解得解得 FN=mg 1+2(1-cos60)=2mg=490N根据牛顿第三运动定律可知，秋千板摆到电低点时根据牛顿第三运动定律可知，秋千板摆到电低点时，小孩对秋千板的小孩对秋千板的压力大小为压力大小为490N。5.解：解：设物体的的质量为设物体的的质量为m，物体运动到圆轨道的最高点的物体运动到圆轨道的最高点的速度为速度为v，受到圆轨道的压力为受到圆轨道的压力为FN。将物体在圆轨道最将物体在圆轨道最高点的重力势能定为高点的重力势能定为0，以开始滚下点点为初状态，以开始滚下点点为初状态，根据机械能守恒定律得根据机械能守恒定律得 mg(h2R)=m v2/2根据牛顿运动定律得，根据牛顿运动定律得，FN+mg=m v2/R解得解得 h=由于由于FN0，所以所以h5R/2,即即h至少为至少为2.5R。