5.7生活中的圆周运动

5.7生活中的圆周运动必修2第五章曲线运动知识与技能1．知道如果一个力或几个力的合力的效果是使物体产生向心加速度，它就是圆周运动的物体所受的向心力．会在具体问题中分析向心力的来源．2．能理解运用匀速圆周运动的规律分析和处理生产和生活中的具体实例．3．知道向心力和向心加速度的公式也适用于变速圆周运动，会求变速圆周运动中物体在特殊点的向心力和向心加速度．过程与方法1．通过对匀速圆周运动的实例分析，渗透理论联系实际的观点，提高学生分析和解决问题的能力．2．通过匀速圆周运动的规律也可以在变速圆周运动中使用，渗透特殊性和一般性之间的辩证关系，提高学生的分析能力．3．通过对离心现象的实例分析，提高学生综合应用知识解决问题的能力．教学目标情感、态度与价值观1．通过对几个实例的分析，使学生明确具体问题必须具体分析，理解物理与生活的联系，学会用合理、科学的方法处理问题．2．通过离心运动的应用和防止的实例分析．使学生明白事物都是一分为二的，要学会用一分为二的观点来看待问题．3．养成良好的思维表述习惯和科学的价值观．教学重点1．理解向心力是一种效果力．2．在具体问题中能找到是谁提供向心力的，并结合牛顿运动定律求解有关问题．教学难点1．具体问题中向心力的来源．2．关于对临界问题的讨论和分析．3．对变速圆周运动的理解和处理．1.向心力:物体受到指向圆心的合力4.向心力的来源:3.向心力的方向:时刻指向圆心,时刻变化知识回顾2.向心力的大小vmrmrmrmrrmfnTmvFn22222222444向心力不是真实存在的力,是一种按照效果命名的力,可以由重力(引力)、弹力、摩擦力等任一种力以及这些力的合力或分力来提供OmgFNFf提供向心力受力分析1.分析做圆周运动的物体受力情况mgFN2.向心力公式的理解rmvFn2供物体做匀速圆周运动的力物体做匀速圆周运动需的力从“供”“需”两方面研究做圆周运动的物体“供需”平衡物体做匀速圆周运动思考与讨论1.火车在平直的轨道上匀速行驶时,所受的合力如何？2.轨道是弯曲,火车受力又是怎么样的?3.火车所需的向心力由哪些力来提供?4.如何设计轨道?写出方案并画出设计图?5.为什么火车会脱轨?赛道的设计一.铁路的弯道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.火车车轮1.水平轨道上的转弯GN2vFFmr向心力外轨对轮缘的弹力提供向心力.F重力G与支持力FN的合力F合是使火车转弯的向心力2.实际轨道上的转弯(外轨较高)Rvmmg2tanα很小,tanα≈sinα=H/L有:LgHRvtanvRg临界火车转弯规定:GFNF合αnFF合解析：LH实际铁轨修好后H、R、L定,所以火车拐弯时的车速v为一定值3.若火车速度与设计速度不同,需要轮缘提供额外的弹力满足向心力的需求v过大时:外侧轨道与轮之间有弹力v过小时:内侧轨道与轮之间有弹力4.若车轮无轮缘v过大时:火车向外侧运动v过小时:火车向内侧运动离心向心FNmgFθhtanmgFsinlhRvmF2解:由力的关系得:由向心力公式得:由几何关系得:Rglvh2=0.14m例1.火车以半径R=900m转弯,车质量8×105kg,速度为30m/s,火车轨距l=1.4m,要使火车通过弯道时仅受重力与轨道的支持力,轨道应该垫的高度h?(θ较小时tanθ=sinθ)singrcosgrtangrcotgr2.汽车在倾斜的弯道上拐弯,弯道的倾角为θ,半径为r,则汽车完全不靠摩擦力转弯的速率是(提示:转弯半径是水平的)()ABCDCGFN’超重a最低点GFN失重a合力F=G－FＮ据牛顿第二定律F=mv2/rG－FＮ=mv2/rFＮ=G－mv2/r取向心加速度方向为正方向GFNrvmGF2N'0,FNgrv时二.拱形桥1.汽车过凸桥v增大,F压减小mggrvFN0,0时grv汽车将脱离桥面,发生危险.FＮ－G=mv2/rGFNrvmGF2N'最高点v增大,F压增大,易被压坏2.过凹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?…思考与讨论该“思考与讨论”中描述的情景其实已经实现,不过不是在汽车上,而是在航天飞机中.三.航天器中的失重现象,0,)(22FvFvFNnNgRvRgmRmmg时当FNmg航天员处于完全失重状态,对座椅无压力对失重现象的认识:航天器内的任何物体都处于完全失重状态,但并不是物体不受重力.正因为受到重力作用才使航天器连同其中的乘员环绕地球转动(重力提供自身做圆周运动向心力)1.定义:当向心力突然消失或者指向圆心的合力不足时,物体做逐渐远离圆心的运动,叫做离心运动.四.离心运动(2)当F合＝0时,物体沿切线方向飞出远离圆心(1)当F合＝F向时,即F=rvm2匀速圆周运动(3)当F合＜F向时,即Frvm2离心运动2.“供”“需”是否平衡决定物体做何种运动Frvm2向心运动(4)当F合F向时,即抛掷脱水分离甩干3.离心运动的应用制作棉花糖加热使糖熔成糖汁,高速旋转糖汁做离心运动飞散出去,成为丝状凝固,变得纤细雪白像团棉花OF静vOFv4.离心运动的防止二.拱形桥1.汽车过拱形桥时,对桥面的压力与重力比较2.圆周运动中的超重、失重情况．三.航天器中的失重现象重力提供自身做圆周运动向心力四.离心运动1.离心现象的分析与讨论．2.离心运动的应用和防止．课堂小结tanvRg临界火车转弯规定:v过大时:外侧轨道与轮之间有弹力v过小时:内侧轨道与轮之间有弹力一.铁路的弯道1.向心力的来源:外轨高于内轨时,重力与支持力的合力是使火车转弯的向心力2转弯处的半径和火车运行速度的条件限制.分析:由物体重力及支持力沿半径方向的合外力提供向心力,若车速度过快,车会离开桥面做斜下抛运动RvmFmgN2cos)cos1(212mgRmv即将离开时FN=02.4832arccos1.若汽车沿圆弧桥面从顶端下滑,分析汽车的运动情况.θRθR2.摩托车飞车走壁,请分析受力情况，解释现象3.一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匀速圆周运动,到最高点时,杯口朝下,但杯中的水不会流下来,为什么呢?G对杯中的水,2vmgmrF向vgr水恰不流出若转速增大,,即时,2vmmgrvgrv越大,水对杯子的压力越大,表演“水流星”要保持杯子在最高点vgrmgrmrvmmgFvFNN22FN祝同学们学习愉快！再见！作业P291.2.3.4