生活中的圆周运动市公开课一等奖百校联赛获奖课件.pptx

基本要求1.能定性分析火车外轨比内轨高原因。2.能定量分析汽车过拱形桥最高点和凹形桥最低点压力问题。3.知道航天器中失重现象本质。4.知道离心运动及其产生条件,了解离心运动应用和预防。发展要求1.知道牛顿第二定律是分析生活中圆周运动基本规律。2.深入领会力与惯性对物体运动状态改变所起作用。3.逐步养成用物理知识分析生活和生产实际问题习惯。说明1.不要求对离心运动进行定量计算。2.不要求对火车转弯有侧力情况下经过列方程进行定量计算。3.不要求分析与计算两个物体联结在一起做圆周运动时问题。第八节第八节 生活中圆周运动生活中圆周运动第1页生活中圆周运动第2页F合供需供需平衡平衡 物体做匀速圆周运动提供物体做匀速圆周运动力(受力分析)物体做匀速圆周运动所需力向心力公式了解=从从供供需需两方面两方面研究做圆周运动物体第3页汽车在水平地面上转弯是什么力提供向心力呢?O mgFNFf实例研究汽车转弯第4页汽车在水平路面上转弯所需要向心力起源:汽车侧向所受静摩擦力。OmgFNFf当汽车转弯半径一定时,汽车速度v越大,所需向心力也越大,静摩擦力也越大,当静摩擦力为最大静摩擦力时:第5页某司机驾车在丽龙高速出口,经过水平转盘时出了车祸。讨论其原因,交通部门有责任么?假如你是公路设计师,请提出你道路改进办法?转弯处路面内低外高!GFfFN第6页OmgFNFf由此可见:当汽车以沿圆盘转弯时,存在一个安全经过最大速度,假如超出了这个速度,汽车将发生侧滑现象。改进办法:(1)增大圆盘半径(2)增加路面粗糙程度(3)增加路面高度差外高内低(4)最主要一点:司机应该减速慢行!第7页实例研究火车转弯火车以半径R=300m在水平轨道上转弯,火车质量为8105kg,速度为30m/s。铁轨与轮之间动摩擦因数=0.25。OmgFNFf设向心力由轨道指向圆心静摩擦力提供代入数据可得:Ff=2.4106N但轨道提供静摩擦力最大值:Ffmax=mg=1.96106N供需供需不平衡不平衡,怎样处理怎样处理?第8页最正确设计方案火车以半径R=900 m转弯,火车质量为8105kg,速度为30m/s,火车轨距l=1.4 m,要使火车经过弯道时仅受重力与轨道支持力,轨道应该垫高度h?(较小时tan=sin)FNmgFh由力关系得:由向心力公式得:由几何关系得:解：=0.14m第9页研究与讨论若火车速度与设计速度不一样会怎样?外侧外侧内侧内侧F过大时：外侧轨道与轮之间有弹力过小时：内侧轨道与轮之间有弹力需要轮缘提供额外弹力满足向心力需求FNFN若火车车轮无轮缘,火车速度过大或过小时将向哪侧运动?过大时:火车向外侧运动过小时:火车向内侧运动FNmg离心向心供需供需不平衡不平衡第10页列车速度过快,造成翻车事故第11页1、汽车过拱桥质量为m 汽车以恒定速率v经过半径为r拱桥,如图所表示,求汽车在桥顶时对路面压力是多大?实例研究汽车过桥第12页解:汽车经过桥顶时,受力如图:mgFNOr由牛顿第二定律:由牛顿第三定律:当汽车经过桥顶时速度逐步增大时FN 和 FN会怎样改变?FfF失重第13页地球能够看做一个巨大拱形桥,桥面半径就是地球半径。会不会出现这么情况:速度大到一定程度时,地面对车支持力为零?这时驾驶员与座椅之间压力是多少此时:第一宇宙速度第14页你见过凹形桥吗?泸定桥第15页 拓展:质量为m汽车以恒定速率v经过半径为r凹形桥面,如图所表示,求汽车在最低点时对桥面压力是多大?解:汽车经过底部时,受力如图:GFN由牛顿第二定律:当汽车经过桥最低点时速度逐渐增大时 FN和FN怎样变化?由牛顿第三定律：FFf超重第16页比较三种桥面受力情况FN =GGFNGGFNFN第17页飞车走壁摩托车飞车走壁,请分析受力情况,解释现象。FNmgF第18页思索:过山车为何在最高点也不会掉下来?过山车第19页讨论物做近心运动 绳和内轨模型理论研究mgFNv轨道提供支持力,绳子提供拉力。第20页v 杆儿和双轨模型能过最高点临界条件:当速度v 时,杆儿对小球是拉力;当速度v 时,杆儿对小球是支持力;当速度v=时,杆儿对小球无作用力。mgFN讨论FN=0杆既能够提供拉力,也能够提供支持力。FNFN第21页 绳杆圆管 模型图 m受力情况 最高点A速度 重力、绳拉力AOmBL重力、杆拉力或支持力AOmBR重力、外管壁支持力或内管壁支持力竖直平面内变速圆周运动AOmBL第22页练习练习:用钢管做成半径为用钢管做成半径为R=0.5m光滑圆环光滑圆环(管径远小于管径远小于R)竖直放置竖直放置,一小球一小球(可看作质可看作质点点,直径略小于管径直径略小于管径)质量为质量为m=0.2kg在环内在环内做圆周运动做圆周运动,求求:小球经过最高点小球经过最高点A时时,以下以下两种情况下球对管壁作用力两种情况下球对管壁作用力。取取g=10m/s2(1)A速率为速率为1.0m/s(2)A速率为速率为4.0m/s 第23页解解：AOm先求出杆弹力为先求出杆弹力为0速率速率v0mg=mv02/l v02=gl=5v0=2.25 m/s(1)v1=1m/s v0 球应受到外壁向下支持力N2如图所表示:AOmFN2mg则则 mg+FN2=mv22/l 得得 FN2=4.4 N由牛顿第三定律由牛顿第三定律,球对管壁作用力分别为球对管壁作用力分别为:(1)对内壁对内壁1.6N向下压力向下压力;(2)对外壁对外壁4.4N向上压力向上压力。第24页航天员在航天器中绕地球做匀速圆周运动时,航天只受地球引力,引力为他提供了绕地球做匀速圆周运动所需向心力F引=mv2/R,所以处于失重状态。实例研究失重现象第26页mg=mv2/R由此能够得出v=(Rg)1/2第27页当时,座舱对他支持力FN=0,航天员处于完全失重状态?在绕地球做匀速圆周运动宇宙飞船中宇航员,除了地球引力外,还可能受到飞船座舱对他支持力FN。其实对于任何一个按惯性飞行(只受重力作用)飞行器或容器,其中全部物体都处于完全失重状态。得由若在近轨道绕地球做匀速圆周运动:第28页做匀速圆周运动物体,在一定条件下,做逐步远离圆心运动,这种运动叫离心运动。、观察与思索观察试验现象回答以下问题(1)木块为何会离开转盘?(2)什么叫做离心运动?原因：物所需向心力伴随v增大而增大,但提供向心力协力为静摩擦力 Ff Ffmax当Ffmax 时,产生离心现象。实例研究离心现象第29页 o 做匀速圆周运动物体,因为惯性总有沿切线方向飞去倾向,在合外力突然消失或者不足以提供圆周运动所需向心力情况下,做逐步远离圆心离心运动;当合外力大于物体做圆周运动所需向心力时,物体做离圆心越来越近向心运动;只有当合外力等于所需向心力时,物体才可能做匀速圆周运动。F拉=m2rF拉m2rF拉m2rF拉=02、合外力与向心力关系供需是否平衡决定物体做何种运动第30页3、离心运动应用和预防(1)离心运动应用甩干雨伞上水滴链球运动 在田径比赛中,链球项目就是得用离心现象来实现投掷。链球投掷是经过预摆和旋转来完成,运动员手持链球链条一端,在链球高速旋转时,突然松手,拉力消失,链就沿切线方向飞出去。在雨天,我们能够经过旋转雨伞方法甩干雨伞上水滴,旋转时,当转动快到一定程度时,水滴和雨伞之间附着力满足不了水滴做圆周运动所需向心力,水滴就会做远离圆心运动而被甩出去。第31页 把湿布块放在离心干燥器金属网笼里,网笼转得比较慢时,水滴跟物体附着力 F足以提供所需要向心力,使水滴做圆周运动,当网笼转比较快时,附着力 F 不足以提供所需要向心力,于是水滴做离心运动,穿过网孔,飞到网笼外面。洗衣机脱水筒也是利用离心运动把湿衣服甩干。离心干燥器oFm2rFv第32页(2)离心运动预防 在水平公路上行驶汽车转弯时Ffmaxmr2Ff汽车 在水平公路上行驶汽车,转弯时所需向心力是由车轮与路面静摩擦力提供。假如转弯时速度过大,所需向心力F大于最大静摩擦力Ffmax,汽车将做离心运动而造成交通事故。所以,在公路弯道处,车辆行驶不允许超出要求速度。高速转动砂轮、飞轮等 高速转动砂轮、飞轮等,都不得超出允许最大转速,假如转速过高,砂轮、飞轮内部分子间作用力不足以提供所需向心力时,离心运动会便它们破裂,甚至酿成事故。为了预防事故发生,通常还要在砂轮和飞轮外侧加装一个防护罩。第33页关于制作棉花糖原理 它内筒与洗衣机脱水筒相同,里面加入白砂糖,加热使糖熔化成糖汁。内筒高速旋转,黏稠糖汁就做离心运动,从内筒壁小孔飞散出去,成为丝状,抵达温度较低外筒时,快速冷却凝固,变得纤细雪白,像一团团棉花。第34页求解圆周运动问题思绪(1)依据题意,确定物体做圆周运动平面、半径和圆心;(2)对物体进行受理分析,找出向心力;(3)依据牛顿运动定律,列出运动方程。第35页提供物体做圆周运动向心力(受力分析)物体做圆周运动所需要向心力当供需平衡时,物体做圆周运动。第36页