生活中的圆周运动55.ppt

生活中的圆周运动,火车在平直轨道上匀速行驶时，所受的合力等于0，那么当火车转弯时，我们说它做圆周运动，那么是什么力提供火车的向心力呢？,火车转弯,1、内外轨道一样高时,G,FN,F,c：由于该弹力是由轮缘和外轨的挤压产生的，且由于火车质量很大，故轮缘和外轨间的相互作用力很大，易损坏铁轨。,a：此时火车车轮受三个力：重力、支持力、外轨对轮缘的弹力。,b：外轨对轮缘的弹力F提供向心力。,外轨略高与内轨时,外轨略高于内轨时,设车轨间距为L，两轨间高度差为H，转弯半径为R，质量为M的火车运行。,据三角形边角关系：,对火车受力情况分析：重力和支持力的合力提供向心力，对内外轨都无压力,又因为很小所以,综合有,故,又,所以,实际中，铁轨修好后H、R、L定，又g给定值，所以火车拐弯时的车速为一定值。,飞机转弯,在水平铁路转弯处，往往使外轨略高于内轨，这是为了()A减轻火车轮子挤压外轨B减轻火车轮子挤压内轨C使火车车身倾斜，利用重力 和支持力的合力提供转弯所需向心力D限制火车向外脱轨,ACD,赛道的设计,思考 在高速公路的拐弯处，路面造得外高内低是什么原因？,（第11题）,如图所示，汽车在倾斜的弯道上拐弯，弯道的倾角为，半径为r，则汽车完全不靠摩擦力转弯的速率是?,（,汽车过拱桥,F合=G F,F向=mv2/r,由 F合=F向,G F=mv2/r,F=G mv2/r,G,汽车过凸形桥,取向心加速度方向为正方向,思考与讨论,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，当汽车的速度不断增大时，会有什么现象发生呢？,根据牛顿第三定律：F压=FN,即：,由上式可知，v增大时，F压减小，当 时，F压=0；当 时，汽车将脱离桥面，发生危险。,思考与讨论,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最低点时对桥的压力。这时的压力比汽车的重量大还是小？,F合=F G F向=mv2/r由 F合=F向 F G=mv2/r F=Gmv2/r,G,比较三种桥面受力的情况,思考：汽车不在拱形桥的最高点或最低点时，它的运动能用上面的方法求解吗？,mgcosFN=maN所以FN=mgcosmaN桥面支持力与夹角、车速v都有关。,（,一辆汽车匀速率通过半径为R的圆弧拱形路面，关于汽车的受力情况，下列说法正确的是（）A汽车对路面的压力大小不变，总是等于汽车的重力B汽车对路面的压力大小不断发生变化，总是小于汽车所受重力C汽车的牵引力不发生变化D汽车的牵引力逐渐变小,BD,杂技“水流星”,过山车,水流星,一根绳子系者一个盛水的杯子，演员抡起绳子，杯子就在竖直面内做圆周运动，到最高点时，杯口朝下，但杯中的水不会流下来，为什么呢？,作圆周运动的物体总需要由向心力。如图所示，当杯子以速度v转过最高点时，杯中的向心力的方向向下；,对杯中的水，,即：,杯中的水恰不流出,FN,若转速增大，时，即 时，杯中水还有远离圆心的趋势，水当然不会流出，此时杯底是有压力，即,由此可知，v越大，水对杯子的压力越大。,表演“水流星”节目的演员，只要保持杯子在圆周运动最高点的线速度不得小于,即,G,FT,质量为m的小球用长为L的细线连接着，使小球在水平面内作匀速圆周运动，细线与竖直方向夹角为，试求其角速度的大小？,对小球而言，只受两个力，重力和细线拉力，这两个力的合力 mgtan 提供向心力，知道半径r=Lsin,所以由 得,解圆周运动问题的基本步骤,1.确定作圆周运动的物体作为研究对象。2.确定作圆周运动的轨道平面、圆心位置和半径。3.对研究对象进行受力分析画出受力示意图。4.运用平行四边形定则或正交分解法（取向心加速度方向为正方向）求出向心力F。5.根据向心力公式，选择一种形式列方程求解,小结,1、分析向心力来源,2、运用向心力公式解题的步骤,火车转弯问题,汽车过拱桥,3、实例分析:,圆锥摆,杂技“水流星”,再见,火车车轮的结构特点：,列车速度过快，造成翻车事故,请大家阅读课本58面-思考与讨论 说出你的想法,由 可以解出,当 时座舱对人的支持力F支=0，人处于失重状态,三航天器中的失重现象.,做匀速圆周运动的物体，在所受合力突然消失，或者不足以提供圆周运动所需的向心力的情况下，就做逐渐远离圆心的运动。这种运动叫做离心运动。,一、离心运动,1、离心运动：,2、物体作离心运动的条件：,二、离心运动 应用,1、离心干燥器的金属网笼,利用离心运动把附着在物体上的水分甩掉的装置,解释：,o,Fmr,2,F,当网笼转得比较慢时，水滴跟物体的附着力F 足以提供所需的向心力F 使水滴做圆周运动。当网笼转得比较快时，附着力 F 不足以提供所需的向心力 F，于是水滴做离心运动，穿过网孔，飞到网笼外面。,2、洗衣机的脱水筒,3、用离心机把体温计的水银柱甩回玻璃泡内,当离心机转得比较慢时，缩口的阻力 F 足以提供所需的向心力，缩口上方的水银柱做圆周运动。当离心机转得相当快时，阻力 F 不足以提供所需的向心力，水银柱做离心运动而进入玻璃泡内。,4、制作“棉花”糖的原理：,内筒与洗衣机的脱水筒相似，里面加入白砂糖，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，成为丝状到达温度较低的外筒，并迅速冷却凝固，变得纤细雪白，像一团团棉花。,要使原来作圆周运动的物体作离心运动，该怎么办？,？问题一：,A、提高转速，使所需向心力增大到大于物体所受合外力。,B、减小合外力或使其消失,三、离心运动的防止：,1、在水平公路上行驶的汽车转弯时,F m,r,2,F,汽车,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静摩擦力提供的。如果转弯时速度过大，所需向心力F大于最大静摩擦力Fmax，汽车将做离心运动而造成交通事故。因此，在公路弯道处，车辆行驶不允许超过规定的速度。,2、高速转动的砂轮、飞轮等,？问题二：,要防止离心现象发生，该怎么办？,A、减小物体运动的速度，使物体作圆周运动时所需的向心力减小,B、增大合外力，使其达到物体作圆周运动时所需的向心力,巩固练习：,B,、为了防止汽车在水平路面上转弯时出现“打滑”的现象，可以：()a、增大汽车转弯时的速度 b、减小汽车转弯时的速度 c、增大汽车与路面间的摩擦 d、减小汽车与路面间的摩擦 A、a、b B、a、c C、b、d D、b、c,3、下列说法中错误的有：（）A、提高洗衣机脱水筒的转速，可以使衣服甩得更干B、转动带有雨水的雨伞，水滴将沿圆周半径方向离开圆心C、为了防止发生事故，高速转动的砂轮、飞轮等不能超过允许的最大转速D、离心水泵利用了离心运动的原理,D,B,过山车,(1）凸形桥半径为R，汽车在顶端的最大速度是多少？(2）长为R的轻绳一端系一小球在竖直平面内做圆周运动，它在最高点的最小速度是多少？（3）如果上题改成长为R的轻杆一端系一小球在竖直平面内做圆周运动，它在最高点的最小速度是多少？当球在最高点速度为 时，求杆对球的作用力，当小球在最高点速度 时，求杆对球的作用力。,巩固应用,例、绳系着装水的桶，在竖直平面内做圆周运动，水的质量m=0.5kg，绳长=40cm.求（1）桶在最高点水不流出的最小速率？（2）水在最高点速率=3m/s时水对桶底的压力？(g取10m/s2),例、质量为1kg的小球沿半径为20cm的圆环在竖直平面内做圆周运动，如图所示，求（1）小球在圆环的最高点A不掉下来的最小速度是多少？此时小球的向心加速度是多少？（2）若小球仍用以上的速度经过圆环的最高点A，当它运动到圆环的最低点B时，对圆环的压力是多少？此时小球的向心加速度是多少？,巩固应用：,例、长为0.6m的轻杆OA(不计质量),A端插个质量为2.0kg的物体,在竖直平面内绕O点做圆周运动,当球达到最高点的速度分别为3m/s,m/s,2m/s时,求杆对球的作用力各为多少?,巩固应用,例、如图所示，质量为m的小球，用长为L的细绳，悬于光滑斜面上的0点，小球在这个倾角为的光滑斜面上做圆周运动，若小球在最高点和最低点的速率分别是vl和v2，则绳在这两个位置时的张力大小分别是多大?,巩固应用,