高中物理 5.7 生活中的圓周運動課件 新人教版必修2.ppt

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1、第 五 章 曲 線 運 動 第 七 節(jié) 生 活 中 的 圓 周 運 動人 教 版 必 修 2 3 知 識 回 顧 分 析 做 圓 周 運 動 的 物 體 受 力 情 況OmgFN Ff OmgFN 提 供 向 心力 的 力物 體 受 力情 況 分 析 FfFN+mg “ 供 需 平 衡 ” 物 體 做 勻 速 圓 周 運 動向 心 力 公 式 的 理 解=從 “ 供 ” “ 需 ” 兩 方 面 研 究 做 圓 周 運 動 的 物 體提 供 物 體 做 勻 速圓 周 運 動 的 力 物 體 做 勻 速 圓 周運 動 所 需 的 力 a 賽 道 的 設(shè) 計一 、 鐵 路 的 彎 道 生 活 中 的

2、 類 似 問 題 實 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 8 105kg， 速 度 為 30m/s。 鐵 軌 與 輪 之間 的 動 摩 擦 因 數(shù) =0.25。OmgFN Ff RvmF f 2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 ：Ff靜 m=mg=1.96 106N“ 供 需 ” 不 平 衡 ， 如 何 解 決 ？ 實 際 火 車 車 輪 與 鐵 軌 模 型F1FfF 1Ff 1

3、0 2、 最 佳 方 案火 車 以 半 徑 R= 900 m轉(zhuǎn) 彎 ， 火 車質(zhì) 量 為 8 105kg ， 速 度 為 30m/s，火 車 軌 距 l=1.4 m， 要 使 火 車 通 過彎 道 時 僅 受 重 力 與 軌 道 的 支 持 力 ，軌 道 應(yīng) 該 墊 的 高 度 h？ （ 較 小 時tan=sin） FNmgFhtanmgF sinlh RvmF 2解 ： 由 力 的 關(guān) 系 得 ：由 向 心 力 公 式 得 ：由 幾 何 關(guān) 系 得 ： Rglvh 2 =0.14m 列 車 速 度 過 快 ， 容 易 發(fā) 生 事 故 研 究 與 討 論請 設(shè) 計 一 個 方 案 讓 火 車

4、沿 軌 道 安 全 通 過 彎 道 ？實 際 火 車 與 軌 道 設(shè) 計 中 ，利 用 輪 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 到 “ 供 需 ” 平 衡 。2、 優(yōu) 點1、 做 圓 周 運 動 時 向 心 力 由 哪些 力 提 供 ？3、 缺 點可 以 減 少 對 摩 擦 力 的 需 要需 要 改 造 鐵 路 ， 設(shè) 計 施 工 難度 大 研 究 與 討 論?若 火 車 速 度 與 設(shè) 計 速 度 不 同 會 怎 樣 ？外 側(cè) 內(nèi) 側(cè)F過 大

5、時 ：外 側(cè) 軌 道 與 輪 之 間 有 彈 力過 小 時 ：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 輪 緣 ， 火 車 速 度過 大 或 過 小 時 將 向 哪 側(cè) 運 動 ？過 大 時 ： 火 車 向 外 側(cè) 運 動過 小 時 ： 火 車 向 內(nèi) 側(cè) 運 動 FNmg離 心向 心 向 心 、 圓 周 、 離 心 運 動“ 供 ” “ 需 ” 是 否 平 衡 決 定 物 體 做 何種 運 動供 提 供 物 體 做 圓周 運 動 的 力 需 物 體 做 勻 速 圓 周運 動 所 需 的

6、 力F= rvm 2F rvm 2 勻 速 圓 周 運 動離 心 運 動向 心 運 動 研 究 圓 周 運 動 的 要 點從 “ 供 ” “ 需 ” 兩 方 面 來 進 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 動 二 、 拱 形 橋 實 例 研 究 2過 拱 橋1、 汽 車 過 拱 橋 是 豎直 面 內(nèi) 圓 周 運 動 的 典型 代 表2、 研 究 方 法 與 水 平面 內(nèi) 圓 周 運 動 相

7、 同 比 較 在 兩 種 不 同 橋 面 ， 橋 面 受 力 的 情 況 ， 設(shè) 車 質(zhì) 量 為 m， 橋 面 半 徑 為 R， 此 時 速 度 為 v。 mgRvmmgFN 2 mgRvmmgFN 2GFNGFN 失 重超 重aa最 高 點最 低 點 研 究 與 討 論1、 若 速 度 過 快 ， 汽 車 做何 種 運 動 ？提 供 的 向 心 力 不 足 ， 做 離 心運 動 ， 離 開 橋 面 做 平 拋 運 動2、 有 無 可 能 做 這 樣 的 運 動 ？若 可 能 應(yīng) 滿 足 怎 樣 的 條 件 ？ GFN grvF rvmmgFN N 0 2 三、航天器中的失重現(xiàn)象一宇宙飛船繞地

8、球做勻速圓周運動，距地面一二百千米時，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2 2( )NN vm g F m RvF m g R v gR船艙對航天員的支持力為零，超重 四、離心運動1定義：做圓周運動的物體，所受的合力突然消失或 合力不足以提供向心力時，物體將逐漸遠離 圓心的運動2應(yīng)用與防止例1：洗衣機脫水時利用離心運動把附著在衣物上的水甩掉例2：離心制管技術(shù)例3：車轉(zhuǎn)彎時要限制車速 過 山 車 水 流 星 練 習(xí) 飛 車 走 壁摩 托 車 飛 車 走 壁 ，請 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

9、圓 環(huán) （ 管 徑 遠 小 于 R）豎 直 放 置 ， 一 質(zhì) 量 為 m=0.2kg的 小 球 （ 可 看 作 質(zhì) 點 ， 直 徑 略 小于 管 徑 ） 在 環(huán) 內(nèi) 做 圓 周 運 動 ， 求 :小 球 通 過 最 高 點 A時 ， 下 列 兩種 情 況 下 球 對 管 壁 的 作 用 力 .取 g=10m/s2(1)A的 速 率 為 1.0m/s(2)A的 速 率 為 4.0m/s A Om解 ： 先 求 出 桿 的 彈 力 為 0 的 速 率 v0mg=mv02/l v02=gl=5 v0=2.25 m/s (1) v1=1m/s v0 球 應(yīng) 受 到 外 壁 向 下 的 支 持 力 N

10、2如 圖 示 ： A OmN2 mg則 mg+N2=mv22 /l 得 N2=4.4 N由 牛 頓 第 三 定 律 ， 球 對 管 壁 的 作 用 力 分 別 為 (1) 對 內(nèi) 壁 1.6N向 下 的 壓 力 (2)對 外 壁 4.4N向 上 的 壓 力 . 豎 直 平 面 內(nèi) 的 變 速 圓 周 運 動繩 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 A的 速 度 AOmBL AOmBL m AAOmBR 練 習(xí) ：

11、 如 圖 示 ， 質(zhì) 量 為 M的 電 動 機 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 機 不 至 于 離 開 地 面 ， 其 飛 輪 轉(zhuǎn) 動 的 角 速 度 應(yīng) 如 何 ？ rMm 解 ： 當(dāng) 小 物 體 轉(zhuǎn) 到 最 高 點 時 ，對 底 座 ,受 到 重 力 Mg和 物 體 對 底 座 的 拉 力 T M MgT為 使 電 動 機 不 至 于 離 開 地 面 ， 必 須 TMg 對 物 體 ,受 到 重 力 mg和 底 座 對 物 體 的 拉 力 T mmg T由 圓 周 運 動 規(guī) 律 有 mg+

12、T = m r2 即 m r2(M+m)g mrgmM 討 論3、 若 汽 車 沿 圓 弧 橋 面 從 頂 端 下 滑 ， 分 析 汽 車的 運 動 情 況 。 R分 析 ： 由 物 體 重 力 及 支 持 力 沿 半徑 方 向 的 合 外 力 提 供 向 心 力 ， 若車 速 度 過 快 ， 車 會 離 開 橋 面 做 斜下 拋 運 動 RvmFmg N 2cos )cos1(21 2 mgRmv即 將 離 開 時 FN=0 2.4832arccos 1、 以 下 屬 于 離 心 現(xiàn) 象 應(yīng) 用 的 是 （ ）A、 水 平 拋 出 去 的 物 體 ， 做 平 拋 運 動B、 鏈 球 運 動

13、員 加 速 旋 轉(zhuǎn) 到 一 定 的 速 度 后將 鏈 球 拋 開C、 離 心 干 燥 器 使 衣 物 干 燥D、 錘 頭 松 了 ， 將 錘 柄 在 石 頭 上 磕 風(fēng) 下 就可 以 把 柄 安 牢課堂練習(xí)B C 2、 下 列 說 法 正 確 的 是 ( )A、 作 勻 速 圓 周 運 動 的 物 體 ， 在 所 受 合 外 力 突然 消 失 時 ， 將 沿 圓 周 半 徑 方 向 離 開 圓 心B、 作 勻 速 圓 周 運 動 的 物 體 ， 在 所 受 合 外 力 突然 消 失 時 ， 將 沿 圓 周 切 線 方 向 離 開 圓 心C、 作 勻 速 圓 周 運 動 的 物 體 ， 它 自

14、己 會 產(chǎn) 生 一個 向 心 力 ， 維 持 其 作 圓 周 運 動D、 作 離 心 運 動 的 物 體 ， 是 因 為 受 到 離 心 力 作用 的 緣 故 B 3、 為 了 防 止 汽 車 在 水 平 路 面 上 轉(zhuǎn) 彎 時 出 現(xiàn) “打 滑 ” 的 現(xiàn) 象 ， 可 以 ： ( ) a、 增 大 汽 車 轉(zhuǎn) 彎 時 的 速 度 b、 減 小 汽 車 轉(zhuǎn) 彎 時 的 速 度 c、 增 大 汽 車 與 路 面 間 的 摩 擦 d、 減 小 汽 車 與 路 面 間 的 摩 擦 b、 d 4、 下 列 說 法 中 錯 誤 的 有 （ ）A、 提 高 洗 衣 機 脫 水 筒 的 轉(zhuǎn) 速 ， 可 以

15、使 衣 服 甩得 更 干B、 轉(zhuǎn) 動 帶 有 雨 水 的 雨 傘 ， 水 滴 將 沿 圓 周 半 徑方 向 離 開 圓 心C、 為 了 防 止 發(fā) 生 事 故 ， 高 速 轉(zhuǎn) 動 的 砂 輪 、 飛輪 等 不 能 超 過 允 許 的 最 大 轉(zhuǎn) 速D、 離 心 水 泵 利 用 了 離 心 運 動 的 原 理B 做 圓 周 運 動 的 物 體 ， 由 于 本 身 的 慣 性 ， 總 有沿 著 圓 周 切 線 方 向 飛 去 的 傾 向 .小結(jié) 當(dāng) F=m2r時 ， 物 體 做 勻 速 圓 周 運 動當(dāng) F= 0時 ， 物 體 沿 切 線 方 向 飛 出當(dāng) F m2r時 ， 物 體 逐 漸 遠 離 圓 心當(dāng) F m2r時 ， 物 體 逐 漸 靠 近 圓 心常 見 的 離 心 干 燥 器 等 都 是 利 用 離 心 運 動 。