《水平面内的匀速圆周运动实例分析》PPT优秀课件.pptx

1、水平面内的圆周运动实例分析 三明二中三明二中 罗华权罗华权 高一（高一（5 5）班）班 2019.4.232019.4.231生活中常见的水平面内的圆周运动生活中常见的水平面内的圆周运动2汽车转弯实例分析汽车转弯实例分析3思考：视频中的汽车为什么没能安全转弯？影响汽车能否安全转弯的影响汽车能否安全转弯的因素有哪些因素有哪些呢？呢？请同学们用学过的请同学们用学过的物理知识物理知识来分析一下来分析一下4GN5向心力由沿转弯半径方向的静摩擦力提供向心力由沿转弯半径方向的静摩擦力提供Rmvf2转弯时速度越大，汽车受到的静摩擦力越大静摩擦力可以无限制增大吗？静摩擦力可以无限制增大吗？如果要让汽车如果要让

2、汽车安全转弯，向心力安全转弯，向心力需要满足怎样的关系？需要满足怎样的关系？ Rvmf2max6那在怎样的情况下汽车恰好能安全转弯呢？那在怎样的情况下汽车恰好能安全转弯呢？ 最大静摩擦力恰好提供转弯所需要的向心力时有：最大静摩擦力恰好提供转弯所需要的向心力时有：Rmvf20max可得：汽车在水平路面上能完全转弯的最大速度：可得：汽车在水平路面上能完全转弯的最大速度：mRfvmax07若汽车在水平路面上转弯时，若汽车在水平路面上转弯时，思考：思考：能否通过实验验证？，会出现什么情况？速度mRfvVmax08O旋转圆盘模型旋转圆盘模型绕轴匀速旋转的水平圆盘上放置一小车，小车相对圆盘绕轴匀速旋转的水

3、平圆盘上放置一小车，小车相对圆盘静止，试分析小车的向心力来源。静止，试分析小车的向心力来源。小车受力情况：小车受力情况：竖直向下的重力竖直向下的重力GG竖直向上的支持力竖直向上的支持力NN 水平方向指向圆心的摩擦力水平方向指向圆心的摩擦力 f小车做圆周运动所需向心力小车做圆周运动所需向心力：由圆盘对小车的由圆盘对小车的静摩擦力静摩擦力 f 提供提供f9 例例1 设质量为设质量为m的汽车沿半径为的汽车沿半径为R的水平圆形跑道匀速的水平圆形跑道匀速率行驶，若汽车与水平路面的动摩擦因数为率行驶，若汽车与水平路面的动摩擦因数为 ，最大静，最大静摩擦力近似等于滑动摩擦力，重力加速度为摩擦力近似等于滑动摩

4、擦力，重力加速度为g。要使汽。要使汽车不侧滑，则汽车行驶的最大速率是多少？车不侧滑，则汽车行驶的最大速率是多少？gRvmgmRv2max2fmfRv解：GNf10(1)潮湿路面或者路面有沙粒易出现交通潮湿路面或者路面有沙粒易出现交通事故，原因：事故，原因：_ 。 (2)急弯易出现交通事故，原因急弯易出现交通事故，原因_。思考与讨论思考与讨论由由 分析 ： vgR 减小减小R减小减小11有没有解决的方法？解决方法：汽车转弯时，为防止打滑（飘移）、翻车，弯道的公路通常做成外高内低的斜面。12交通部北京汽车试验场海南汽车试验场汽车试验场汽车试验场13汽车在外高内低的弯道上转弯GNFtanFm g向心

5、力由重力和支持力的合力提供2vFmrtanvgr受力分析14 此时，不需横向摩擦力提供向心力，汽车能够安全转弯。这个理想的转弯速度取决于弯道的半径和倾角。tanvgr如果在车斜面上转弯的速度不为V，（1）车还能在斜面上转弯吗？（2）转弯时车的受力情况又是如何？15如果在车斜面上转弯的速度不为V，（1）车还能在斜面上转弯吗？（2）转弯时车的受力情况又是如何？tanvgrtanvgr汽车有向弯道外侧滑动的趋势汽车有向弯道内侧滑动的趋势16二、火车转弯向心力分析二、火车转弯向心力分析1718 你有仔细观察过火车车轮与铁轨的构你有仔细观察过火车车轮与铁轨的构造造 ，并描述它们的特点？，并描述它们的特点

6、？ 轮缘半径大于车轮半径轮缘半径大于车轮半径，轨道将两车，轨道将两车轮的轮缘卡在里面。轮的轮缘卡在里面。 191.1.如果铁路弯道是水平的，那么火车转弯如果铁路弯道是水平的，那么火车转弯时向心力由什么力提供？时向心力由什么力提供？ FrvmF2向心力向心力：向心力由外侧轨道对车轮轮缘的向心力由外侧轨道对车轮轮缘的挤压挤压力力提供提供. .20危害：危害：由于火车质量大，速度也大，车轮轮缘对外侧由于火车质量大，速度也大，车轮轮缘对外侧轨压力大，所以对轨道容易造成损坏，怎样解决这一轨压力大，所以对轨道容易造成损坏，怎样解决这一问题。问题。21合作与探究合作与探究 请设计一个方案让火车沿轨道安全通过

7、弯道请设计一个方案让火车沿轨道安全通过弯道设计方案思想简述设计方案思想简述 画出草图画出草图 简单计算说明简单计算说明 可行性分析可行性分析 【学生活动】设计火车弯道 学生分组讨论，提出可行性方案22GNF合合【方案剖析方案剖析】向合FF Rvmmg2tan火车转弯规定的火车转弯规定的临界速度临界速度: :tanvRg临界解析：解析：重力重力G与支持力与支持力N的合力的合力F合合是使火车转弯的向心力是使火车转弯的向心力23LHtangRv LHsintan很小，火车转弯规定速度为：LgRHgRvtan2425【研究与讨论】 如果火车在转弯处的速度不等于规定速度，会发生怎样情况？ 26火车行驶速

8、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vv0时，时， 外轨对轮缘有向里的侧压力外轨对轮缘有向里的侧压力 GNN火车行驶速率火车行驶速率vv规定规定时时GNN当火车行驶速率当火车行驶速率vv0时，时， 内轨对轮缘有向外的侧压力内轨对轮缘有向外的侧压力 27 【物理与生活】 我国高铁技术快速发展，已进行了六次大我国高铁技术快速发展，已进行了六次大提速，时速可高达提速，时速可高达250公里，这为我国经济腾公里，这为我国经济腾飞注入新的活力。假设你是一位从事铁路设计飞注入新的活力。假设你是一位从事铁路设计的工程师，你认为火车提速有必要对铁路转弯的工程师，你认为火车提速有必要对铁路转弯处

9、进行改造吗？应如何改造？处进行改造吗？应如何改造？2829 第3讲向心力的实例分析例2火车在半径r900 m的弯道转弯，火车质量为8105 kg，轨道宽为l1.4 m，外轨比内轨高h14 cm，为了使铁轨不受轮缘的挤压，给你一块路牌来限制火车速度，这块路牌上速度应填多少？(很小时，可以近似认为tan sin ；g取10 m/s2)解析若火车在转弯时铁轨不受挤压，即由重力和支持力的合力提供向心力，火车转弯平面是水平面。火车受力如图所示，由牛顿第二定律得：由于很小，可以近似认为解式得：v30 m/s=108 km/hNGF合29与此相类似，盘旋的鸟或飞机与此相类似，盘旋的鸟或飞机, ,也是依靠倾斜

10、获取所需也是依靠倾斜获取所需要的向心力要的向心力拓展拓展30飞机在空中盘旋31（3）对物体进行受力分析，受力分析找出向心力的来源（半径方向的合力）。（2）明确圆周运动平面，确定运动的轨迹、圆心位置0及半径 r（1）明确研究对象（做圆周运动的物体）解圆周运动问题的分析思路321.1.在水平面上转弯的汽车，提供向心力的是在水平面上转弯的汽车，提供向心力的是( )( ) A. A.重力和支持力的合力重力和支持力的合力 B. B.静摩擦力静摩擦力 C. C.滑动摩擦力滑动摩擦力 D. D.重力、支持力和牵引力的合力重力、支持力和牵引力的合力B B332.2.在世界在世界一级方程式锦标赛中，赛车在水平路

11、面上转弯时，一级方程式锦标赛中，赛车在水平路面上转弯时，常常常常在弯道上冲出跑道，其原因是（在弯道上冲出跑道，其原因是（ ）A.A.是由于赛车行驶到弯道时，运动员未能及时转动方向盘造成的是由于赛车行驶到弯道时，运动员未能及时转动方向盘造成的B.B.是由于赛车行驶到弯道时，没有及时加速造成的是由于赛车行驶到弯道时，没有及时加速造成的C.C.是由于赛车行驶到弯道时，没有及时减速造成的是由于赛车行驶到弯道时，没有及时减速造成的D.D.是由于在弯道处汽车受到的摩擦力比在直道上小造成的是由于在弯道处汽车受到的摩擦力比在直道上小造成的【解析】【解析】选选C.C.由于路面材料及粗糙程度没变，所以直道弯道的由

12、于路面材料及粗糙程度没变，所以直道弯道的摩擦应该是相同的，故摩擦应该是相同的，故D D错错. .对汽车受力分析可知真正使车转弯对汽车受力分析可知真正使车转弯的应该是地面给车的静摩擦力，之所以滑出是由于车速过高需的应该是地面给车的静摩擦力，之所以滑出是由于车速过高需要的向心力大于最大静摩擦力，此时即使转动方向盘也没用，要的向心力大于最大静摩擦力，此时即使转动方向盘也没用，所以所以A A、B B错，只有错，只有C C对对. .C C343.3.某游乐场里的赛车场地为圆形，半径为某游乐场里的赛车场地为圆形，半径为25250m0m一赛车一赛车和乘客的总质量为和乘客的总质量为100kg100kg，车轮胎

13、与地面间的最大静摩，车轮胎与地面间的最大静摩擦力为擦力为600N600N（1 1）若赛车的速度达到）若赛车的速度达到72km/h72km/h，这辆车在运动过程中会，这辆车在运动过程中会不会发生侧移？不会发生侧移？（2 2）若将场地建成外高内低的圆形，且倾角为）若将场地建成外高内低的圆形，且倾角为4545，要，要使赛车不受侧向摩擦力，赛车行驶速度为多少？使赛车不受侧向摩擦力，赛车行驶速度为多少？35O一、旋转圆盘模型一、旋转圆盘模型水平绕轴匀速旋转的圆盘上放置一木块，水平绕轴匀速旋转的圆盘上放置一木块，木块相对圆盘静止，试分析木块的向心力。木块相对圆盘静止，试分析木块的向心力。木块受力：木块受力

14、：竖直向下的重力竖直向下的重力GG竖直向上的支持力竖直向上的支持力NN 水平方向指向圆心的摩擦力水平方向指向圆心的摩擦力 f木块做圆周运动所需向心力木块做圆周运动所需向心力：由圆盘对木块的由圆盘对木块的静摩擦力静摩擦力 f提供提供f36二、圆锥摆二、圆锥摆小球做小球做圆锥摆圆锥摆时细绳长时细绳长L，与竖直方向成，与竖直方向成角，角，求：小球做匀速圆周运动的角速度求：小球做匀速圆周运动的角速度。OOmgTF小球受力：小球受力： 竖直向下的重力竖直向下的重力G沿绳方向的拉力沿绳方向的拉力T小球的向心力：小球的向心力：由由T和和G的合力提供的合力提供解：解：LtanFFmg 向向小球做圆周运动的半径小球做圆周运动的半径sinRL 由牛顿第二定律：由牛顿第二定律：2FmamR 2tansinmgmL 即：即：cosgL 37试分析在竖直放置光滑圆锥内，做匀速试分析在竖直放置光滑圆锥内，做匀速圆周运动小球的运动。圆周运动小球的运动。小球受力：小球受力：竖直向下的重力竖直向下的重力 G垂直圆锥面的支持力垂直圆锥面的支持力 NGNF小球的向心力小球的向心力：由重力和支持力的合力提供由重力和支持力的合力提供38三、飞车走壁模型三、飞车走壁模型摩托车飞车摩托车飞车走壁，分析走壁，分析受力情况，受力情况，解释现象。解释现象。3940个人观点供参考，欢迎讨论