5.7生活中的圆周运动

7生活中的圆周运动知识回顾•向心力的特点–方向：–总是指向圆心,作用效果只改变速度的方向，–由物体在半径方向的合力提供。–大小：rvmFn2物体做圆周运动时，必须有力提供向心力是按效果命名的力向心力提供物体做圆周运动的力物体做圆周运动所需的力物体作圆周运动的条件从“供”“需”两方面研究生活中做圆周运动的物体，由物体受力情况决定由物体的运动情况决定Frvm2=“供需”平衡物体做圆周运动本节课牛顿第二定律F=ma的应用生活中的圆周运动◆圆周运动(Circularmotion)铁路的弯道火车车轮的构造火车车轮有突出的轮缘背景问题1、火车转弯：请思考：列车的脱轨、翻车事故容易出现在什么地方？铁路的弯道处FNFG1、铁路的弯道生活中的圆周运动◆圆周运动(Circularmotion)(1)内外轨道一样高时转弯火车车轮受三个力：重力、支持力、外轨对轮缘的弹力.外轨对轮缘的弹力F提供向心力F=F向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.rvmF2怎么办?背景问题1、火车转弯：铁路的弯道生活中的圆周运动◆圆周运动(Circularmotion)(2)外轨高内轨低时转弯rvmmg2tanLghrvrvmmg2sinrvmLhmg2GFnNhLθθ此为火车转弯时的设计速度r思考:(1)如果v行驶v设计,情况如何?(2)如果v行驶v设计,情况如何?θ很小时,sinθ≈tanθ背景问题1、火车转弯：当v=v0时：当vv0时：当vv0时：轮缘不受侧向压力,最安全的转弯速度轮缘受到外轨向内的挤压力,外轨易损坏。轮缘受到内轨向外的挤压力,内轨易损坏。F弹F弹Lghrv0背景问题1、火车转弯：铁路弯道处超速是火车脱轨和翻车的主要原因生活中的圆周运动◆圆周运动(Circularmotion)背景问题2：汽车过桥黄石长江大桥汽车过桥问题1.求汽车以速度v过半径为r的拱桥最高点时对拱桥的压力？【解】G和N的合力提供汽车做圆周运动的向心力，由牛顿第二定律得：2vGNmr2vNGmr可见汽车的速度越大对桥的压力越小。vgrNGv当时汽车对桥的压力为零。（临界速度）当ｖ大于ｖ临界时，汽车做什么运动？飞离桥面做平抛运动！汽车过桥问题由于加速度ａ竖直向下，属失重现象。m泸定桥2.求汽车过凹形路段最低点时对路面的压力？2vNGmr2vNGmGrNGv【解】G和N的合力提供汽车做圆周运动的向心力，由牛顿第二定律得：可见汽车的速度V越大，对桥的压力越大。由于加速度ａ的方向竖直向上，属超重现象。m生活中的圆周运动◆圆周运动(Circularmotion)rvmFGN2FN=GrvmGFN2汽车过桥问题小结eg1.一辆卡车在丘陵地匀速行驶,地形如图所示,由于轮胎太旧,途中爆胎,爆胎可能性最大的地段应是()A.a处B.b处C.c处D.d处生活中的圆周运动◆圆周运动(Circularmotion)abcdD可能飞离路面的地段应是？当堂练习2020年2月21日星期五15如图6．8—7所示，汽车以一定的速度经过一个圆弧形桥面的顶点时，关于汽车的受力及汽车对桥面的压力情况，以下说法正确的是()练习A.在竖直方向汽车受到三个力：重力、桥面的支持力和向心力B.在竖直方向汽车只受两个力：重力和桥面的支持力C.汽车对桥面的压力小于汽车的重力D．汽车对桥面的压力大于汽车的重力BC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？……思考与讨论三：航天器中的失重现象假设宇宙飞船总质量为M，它在地球表面附近绕地球做匀速圆周运动，其轨道半径近似等于地球半径r，航天员质量为m，宇宙飞船和航天员受到的地球引力近似等于他们在地面上的重力mg．试求座舱对宇航员的支持力为零时飞船的速度多大?通过求解，你可以判断此时的宇航员处于什么状态（超重或失重）。对宇航员，重力提供向心力：mg=mv2/r由此可以得出vgr宇航员处于完全失重状态此时人对座椅的压力为零请思考：为什么列车的脱轨、翻车事故易出现在拐弯处呢？做圆周运动的物体，由于本身的惯性，总有沿着圆周切线方向飞去的倾向.当Fn=0时，物体沿切线方向飞出问题一、刚才见到的事故都是在什么地方发生的？问题二、你看到这些车子出事故时的侧滑或翻滚方向都有什么样的共同特点？请思考背景问题4离心运动F１=02FmrFF２22Fmr绳栓着小球在水平面做匀速圆周运动时，小球所需的向心力由形变的绳产生的弹力提供。若m、r、ω一定，向心力F向=mω2r。若突然松手，小球将怎样运动？若绳的拉力F小于它做圆周运动的所需的向心力，小球将怎样运动？四离心运动1.离心运动：做圆周运动的物体，在提供的向心力突然消失，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。2.物体作离心运动的条件：FnF需向思考问题？Fn=F需向做什么运动？Fn=0做什么运动？Fn＜F需向做什么运动？Fn＞F需向做什么运动？圆周近心切线离心2020年2月21日星期五23离心抛掷离心脱水离心分离离心甩干●离心运动的应用2020年2月21日星期五24用离心机把体温计的水银柱甩回玻璃泡内制作棉花糖的原理：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。2020年2月21日星期五25OF静vOFv4.离心运动的防止•2、防止：汽车转弯，高速砂轮限速等4.离心运动的防止：1）在水平公路上行驶的汽车转弯时υFmυr2F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、飞轮等向心、圆周、离心运动“供”“需”是否平衡决定物体做何种运动供提供物体做圆周运动的力需物体做匀速圆周运动所需的力Fn=rvm2圆周运动Fnrvm2离心运动Fnrvm2向心运动小结2020年2月21日星期五28二.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:A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B轮缘2转弯处的半径和火车运行速度的条件限制.2020年2月21日星期五29处理圆周运动问题的基本思路：1）找到圆周运动的圆平面，确定圆心找到半径2）受力分析，找到向心力的来源；3）利用向心力公式Fn=man列方程求解实质是牛顿第二定律在圆周运动中的应用只不过这里的加速度是向心加速度。2020年2月21日星期五30请问：1、做匀速圆周运动的物体，向心力是谁提供的？2、竖直平面内做圆周运动的物体，在最高点和最低点，向心力是谁提供的？合力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飞机转弯:GNFnO课堂练习•航天飞机中的物体处于失重状态，是指这个物体：(A)不受地球的吸引力；(B)地球吸引力和向心力平衡；(C)受的向心力和离心力平衡；(D)对支持它的物体的压力为零。拓展与思考：汽车能通过圆形轨道的最高点吗？R联想：过山车上的人为什么不会掉下来