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1、生活中的圆周运动第1页，本讲稿共36页知识回顾物体做圆周运动时，受力有何共同点物体做圆周运动时，受力有何共同点物体要受到指向圆心的向心力物体要受到指向圆心的向心力向心力的特点向心力的特点方向：总是指向圆心方向：总是指向圆心大小：大小：F Fn n=mv2 2/r=m2r=mr(2/T)2 242mf2r=mv第2页，本讲稿共36页第3页，本讲稿共36页分析做圆周运动的物体受力情况OmgFNFfOmgFN提供向心力受力分析FfFN+mg第4页，本讲稿共36页F“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的力物体做匀速圆周运动所需的力向心力公式的理解=从从“供供”“需需”两方面两
2、方面研究做圆周运动的物体第5页，本讲稿共36页实例研究实例研究1火车转弯火车转弯第6页，本讲稿共36页 火车以半径火车以半径R R =300m 300m 在水平轨道上转弯，火车质量为在水平轨道上转弯，火车质量为8108105 5 kgkg，速度为，速度为30m/s30m/s。铁轨与车轮之间的动摩擦因数。铁轨与车轮之间的动摩擦因数=0.25=0.25。向心力由轨道指向圆心的静向心力由轨道指向圆心的静摩擦力提供摩擦力提供 代入数据可得：代入数据可得：Ff=2.4106N但轨道提供的静摩擦力最大值：但轨道提供的静摩擦力最大值：Ff静m=mg=1.96106NmgFNFfO“供需供需”不平衡，如何解决
3、？不平衡，如何解决？实例研究实例研究1火车转弯火车转弯F Fn n=mv2 2/r需要需要第7页，本讲稿共36页研究与讨论研究与讨论请设计一个方案让火车沿轨道安全通过弯道？请设计一个方案让火车沿轨道安全通过弯道？实际火车与轨道设计中，实际火车与轨道设计中，利用轮缘可增加小部分的向心力；利用轮缘可增加小部分的向心力；第8页，本讲稿共36页外轨外轨外轮外轮内轮内轮内轨内轨 铁轨铁轨(轨距轨距)第9页，本讲稿共36页轮缘与外轨间的相互作用力太大，轮缘与外轨间的相互作用力太大，铁轨和车轮极易受损！铁轨和车轮极易受损！这种方法在实际中可取这种方法在实际中可取这种方法在实际中可取这种方法在实际中可取吗？为
4、什么？吗？为什么？吗？为什么？吗？为什么？例、火车速度为例、火车速度为例、火车速度为例、火车速度为30m/s30m/s30m/s30m/s，弯道的半径，弯道的半径，弯道的半径，弯道的半径R R =900m=900m=900m=900m，火车的质量，火车的质量，火车的质量，火车的质量m m m m =810=810=810=8105 5 5 5kgkgkgkg，转弯时轮缘对轨道侧向的弹力多大？，转弯时轮缘对轨道侧向的弹力多大？，转弯时轮缘对轨道侧向的弹力多大？，转弯时轮缘对轨道侧向的弹力多大？F F =810=8105 5N N1 1、内外轨道一样高时：内外轨道一样高时：F 向心力向心力 F F
5、 由外侧轨道对由外侧轨道对外轮的压力提供外轮的压力提供第10页，本讲稿共36页当外轨略高于内轨时当外轨略高于内轨时火车受力火车受力垂直轨道面的支持力垂直轨道面的支持力NN火车向心力的来源火车向心力的来源由由G和和N的合力提供的合力提供 hqG竖直向下的重力竖直向下的重力G2、最佳方案：、最佳方案：垫高外轨可增加较多的向心力垫高外轨可增加较多的向心力第11页，本讲稿共36页弯道的圆心在哪儿？弯道的圆心在哪儿？NhFqG=NhqGO1O2第12页，本讲稿共36页NhF 如图，斜面轨道倾角为如图，斜面轨道倾角为，转弯半径转弯半径R，要使，要使车轮对车轮对内外轨都无压力内外轨都无压力,质量为质量为m的
6、的火车运行的速率应该多大火车运行的速率应该多大?火车拐弯应以规定速度行驶火车拐弯应以规定速度行驶G第13页，本讲稿共36页火车行驶速率火车行驶速率vv规定规定当火车行驶速率当火车行驶速率vv规定规定时时 当火车行驶速率当火车行驶速率vv规定规定时时GNN火车行驶速率火车行驶速率v G，即汽车对桥的压力大于其所受重力，处于，即汽车对桥的压力大于其所受重力，处于，即汽车对桥的压力大于其所受重力，处于，即汽车对桥的压力大于其所受重力，处于超重超重状态状态。2、汽车过凹桥，在最低点时，车对凹桥的压力怎样、汽车过凹桥，在最低点时，车对凹桥的压力怎样？1 1、汽车静止在桥上与通过桥时的状态是否相同？、汽车
7、静止在桥上与通过桥时的状态是否相同？、汽车静止在桥上与通过桥时的状态是否相同？、汽车静止在桥上与通过桥时的状态是否相同？第21页，本讲稿共36页vGFN F FN N G G 即汽车对桥的压力小于其所受重力，处于即汽车对桥的压力小于其所受重力，处于即汽车对桥的压力小于其所受重力，处于即汽车对桥的压力小于其所受重力，处于失重失重状态状态。3 3、汽车过凸桥时，在最高点时，车对凸桥的压力又怎、汽车过凸桥时，在最高点时，车对凸桥的压力又怎、汽车过凸桥时，在最高点时，车对凸桥的压力又怎、汽车过凸桥时，在最高点时，车对凸桥的压力又怎样？样？样？样？第22页，本讲稿共36页 当汽车行驶速度越大，汽车对桥面
8、的压当汽车行驶速度越大，汽车对桥面的压力越小。当力越小。当 时，压力时，压力FN为零。为零。处于处于完全失重状态完全失重状态。4 4、若汽车的运动速度变大，压力如何变化？、若汽车的运动速度变大，压力如何变化？、若汽车的运动速度变大，压力如何变化？、若汽车的运动速度变大，压力如何变化？汽车离开桥面做平抛运动汽车离开桥面做平抛运动第23页，本讲稿共36页思考与讨论：思考与讨论：思考与讨论：思考与讨论：地球可以看做一个巨大的拱形桥，桥面的半径就是地地球可以看做一个巨大的拱形桥，桥面的半径就是地地球可以看做一个巨大的拱形桥，桥面的半径就是地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。地面上
9、有一辆汽车在行驶。球的半径。地面上有一辆汽车在行驶。球的半径。地面上有一辆汽车在行驶。球的半径。地面上有一辆汽车在行驶。根据上面的分析，汽车速度越大，地面对它的支持力就根据上面的分析，汽车速度越大，地面对它的支持力就根据上面的分析，汽车速度越大，地面对它的支持力就根据上面的分析，汽车速度越大，地面对它的支持力就越小。会不会出现这样的情况：速度大到一定程度时，地面越小。会不会出现这样的情况：速度大到一定程度时，地面越小。会不会出现这样的情况：速度大到一定程度时，地面越小。会不会出现这样的情况：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的压力是多少？对车的支持力是零？这时驾驶员
10、与座椅之间的压力是多少？对车的支持力是零？这时驾驶员与座椅之间的压力是多少？对车的支持力是零？这时驾驶员与座椅之间的压力是多少？第24页，本讲稿共36页 为了全人类的和平进步，为了全人类的和平进步，中国人来到太空了中国人来到太空了!第25页，本讲稿共36页第26页，本讲稿共36页三、航天器中的失重现象三、航天器中的失重现象1.航天器中物体的向心力航天器中物体的向心力向心力由物体的重力向心力由物体的重力G和航天器的支持力提供，即和航天器的支持力提供，即G-FN=m(v2/R).2.当航天器的速度当航天器的速度v=时，时，FN=0，此时航天器及其内部物体，此时航天器及其内部物体均处于均处于_状态状
11、态.完全失重完全失重3.任何关闭了发动机又不受阻力的飞行器中，都是一个任何关闭了发动机又不受阻力的飞行器中，都是一个_的环境的环境.注意注意：把航天器失重的原因说成是它离地球太远，从而摆脱了地：把航天器失重的原因说成是它离地球太远，从而摆脱了地球引力，是完全错误的球引力，是完全错误的.完全失重完全失重第27页，本讲稿共36页四、离心运动四、离心运动思考问题？思考问题？F合合=F向心力向心力向心力向心力 做什么运动？做什么运动？做什么运动？做什么运动？F合合=0 做什么运动？做什么运动？F合合 F向心力向心力向心力向心力 做什么运动？做什么运动？F合合 F向心力向心力 做什么运动？做什么运动？做
12、什么运动？做什么运动？圆周圆周近心近心切线切线远离远离1.离心运动的实质离心运动的实质离心运动实质是物体惯性的表现离心运动实质是物体惯性的表现.做圆周运动的物体做圆周运动的物体,总有沿着圆周切线飞出去总有沿着圆周切线飞出去的趋向的趋向,之所以没有飞出去之所以没有飞出去,是因为受到向心力作用的缘故是因为受到向心力作用的缘故.从某种意义上说从某种意义上说,向向心力的作用是不断地把物体从圆周运动的切线方向拉到圆周上来心力的作用是不断地把物体从圆周运动的切线方向拉到圆周上来.一旦一旦作为向心力的合外力突然消失或不足以提供向心力作为向心力的合外力突然消失或不足以提供向心力,物体就会发生离心运动物体就会发
13、生离心运动.第28页，本讲稿共36页2 2、定义：做匀速圆周运动的、定义：做匀速圆周运动的物体，物体，在向心力突然消失或在向心力突然消失或合力不足以提供所需的向心合力不足以提供所需的向心力时，物体力时，物体_或做或做_的运的运动动.3、物体作离心运动的条件：、物体作离心运动的条件：沿切线飞出沿切线飞出逐渐远离圆心逐渐远离圆心特别提醒特别提醒1.离心运动并不是受到离心力的作用产生的运动离心运动并不是受到离心力的作用产生的运动.2.离心运动并不是沿半径方向向外远离圆心的运动离心运动并不是沿半径方向向外远离圆心的运动.第29页，本讲稿共36页离心运动的应用离心运动的应用1 1、离心干燥器、离心干燥器
14、2 2、洗衣机脱水桶、洗衣机脱水桶第30页，本讲稿共36页3 3、用离心机把体温、用离心机把体温计的水银柱甩回下计的水银柱甩回下面的液泡内面的液泡内离心运动的应用离心运动的应用4 4、制作、制作“棉花棉花”糖糖第31页，本讲稿共36页离心运动的防止离心运动的防止1 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限速行驶限速行驶2 2、高速转动的砂轮、飞轮等、高速转动的砂轮、飞轮等如何防止离心现象发生？如何防止离心现象发生？静摩擦力提供汽车转弯时的向心力静摩擦力提供汽车转弯时的向心力第32页，本讲稿共36页课堂练习课堂练习1、质量、质量 m=100t的火车在轨道上行驶的火车在轨道
15、上行驶,火车内外轨连线与火车内外轨连线与水平面夹角为水平面夹角为370，弯道半径，弯道半径R=30m。（南）（南）(1)当火车的速度当火车的速度v1=10m/s时时,轨道何处受侧压力轨道何处受侧压力?方向如何方向如何?（中）（中）(2)当火车的速度当火车的速度v2=15m/s时时,轨道何处受侧压力轨道何处受侧压力?方方向如何向如何?（北）（北）(3)当火车的速度当火车的速度v3=20m/s时时,轨道何处受侧压力轨道何处受侧压力?方向方向如何如何?第33页，本讲稿共36页课堂练习课堂练习2、一辆质量、一辆质量 m=2.0t的小轿车，驶过半径的小轿车，驶过半径R=100m的一段圆的一段圆弧形桥面。
16、弧形桥面。（南）（南）(1)若桥面为凹形，汽车以若桥面为凹形，汽车以20m/s通过桥面最低点时，对通过桥面最低点时，对桥面的压力是多大？桥面的压力是多大？（中）（中）(2)若桥面为凸形，汽车以若桥面为凸形，汽车以10m/s通过桥面最高点时，通过桥面最高点时，对桥面的压力是多大？对桥面的压力是多大？（北）（北）(3)汽车以多大速度通过凸形桥面顶点时，对桥面刚好汽车以多大速度通过凸形桥面顶点时，对桥面刚好没有压力？没有压力？第34页，本讲稿共36页开放设计开放设计 一高速公路设计运行时速为一高速公路设计运行时速为108km/h，其中一转弯处设计圆弧半径为其中一转弯处设计圆弧半径为300m。已知。已知汽车轮胎与地面的最大静摩擦因数为汽车轮胎与地面的最大静摩擦因数为0.25，请你为该处路面提供设计方案。请你为该处路面提供设计方案。第35页，本讲稿共36页5-8 生活中的圆周运动生活中的圆周运动一、铁路的弯道：一、铁路的弯道：1、水平轨道：弹力提供向心力、水平轨道：弹力提供向心力 2、斜面轨道：重力与支持力的合力提供向心力、斜面轨道：重力与支持力的合力提供向心力二、拱形桥：二、拱形桥：1、凹形桥：、凹形桥：超重超重 2、凸形桥：、凸形桥：失重失重三、航天器中的失重现象：三、航天器中的失重现象：时，时，完全失重完全失重板书设计板书设计第36页，本讲稿共36页