57生活中的圆周运动-(高中物理必修2)课件.ppt

1、匀速圆周运动匀速圆周运动F F向心向心就是物体所受的就是物体所受的合外力合外力匀速圆周运动匀速圆周运动所受的合力有何特征？所受的合力有何特征？1 1）效果：产生向心加速度；）效果：产生向心加速度；2 2）方向：总指向圆心，是个）方向：总指向圆心，是个变力变力；3）大小：）大小：F=ma=m2/r=m2r=m 4 4）作用：改变）作用：改变线速度线速度的方向。的方向。复习复习:向心力和向心加速度的公式虽向心力和向心加速度的公式虽然是从匀速圆周运动得出的，但然是从匀速圆周运动得出的，但也适用于变速圆周运动和一般的也适用于变速圆周运动和一般的曲线运动。曲线运动。说明说明:在变速圆周和一般曲线运动中，

2、利用在变速圆周和一般曲线运动中，利用上面的公式上面的公式,求质点在圆周上某一点的向心求质点在圆周上某一点的向心力和向心加速度的大小，力和向心加速度的大小，必须用该点的必须用该点的瞬瞬时速度时速度值。值。1、处理匀速圆周运动问题的方法是什么？、处理匀速圆周运动问题的方法是什么？合力合力=向心力向心力2、对于变速圆周运动又该如何处理呢？、对于变速圆周运动又该如何处理呢？把力沿着半径方向和切线方向分解；把力沿着半径方向和切线方向分解；沿半径方向的合力沿半径方向的合力=向心力向心力3、解决圆周运动问题的基本思想是怎样的？、解决圆周运动问题的基本思想是怎样的？Frvm2“供需供需”平衡平衡 物体做圆周运

3、动物体做圆周运动提提供供物体做圆物体做圆周运动的力周运动的力物体做圆周运物体做圆周运动所动所需需的力的力=提问提问:研究圆周运动的研究圆周运动的要点要点 从从“供供”“”“需需”两方面来进行研究两方面来进行研究“供供”分析物体受力，求沿半径方分析物体受力，求沿半径方向的合外力向的合外力“需需”确定物体轨道，定圆心、找确定物体轨道，定圆心、找半径、用公式，求出所需向心力半径、用公式，求出所需向心力“供供”“”“需需”平衡做圆周运动平衡做圆周运动 利用牛顿第二定律列等式求得结果。利用牛顿第二定律列等式求得结果。方法提炼方法提炼:2011.10第一课时第一课时列车转弯列车转弯一、铁路的一、铁路的 弯

4、道弯道观察火车车轮观察火车车轮思考：火车转弯思考：火车转弯的向心力来源？的向心力来源？弯弯道道你观察到什么了？你观察到什么了？FNFG铁路的弯道铁路的弯道(1)内外轨道一样高时转弯火车车轮受三个力：火车车轮受三个力：重力、支持力、外轨重力、支持力、外轨对轮缘的弹力对轮缘的弹力.外轨对轮缘的弹力外轨对轮缘的弹力F提供向心力提供向心力F=F向向由于该弹力是由由于该弹力是由轮缘和外轨的挤轮缘和外轨的挤压产生的压产生的,且由于且由于火车质量很大火车质量很大,故故轮缘和外轨间的轮缘和外轨间的相互作用力很大相互作用力很大,易损坏铁轨易损坏铁轨.rvmF2怎么办怎么办?o重力重力G G 和支持力和支持力N

5、N 的合力提供提供向心力的合力提供提供向心力合FG(2)(2)、外轨略高于内轨：、外轨略高于内轨：FNGoF火车转弯规定临界速度火车转弯规定临界速度 tanRgv1、当火车行驶速率、当火车行驶速率 时，时，F=F向向，内外轨道对轮缘都没有压力内外轨道对轮缘都没有压力tanvRg3、当火车行驶速率、当火车行驶速率 时，时，FF向向，道对轮缘有侧压力道对轮缘有侧压力tanvRg2、当火车行驶速率、当火车行驶速率 时，时，FF向向，道对轮缘有侧压力道对轮缘有侧压力tanvRg 1.在水平面上转弯的汽车，向心力是在水平面上转弯的汽车，向心力是 （）A.重力和支持力的合力重力和支持力的合力 B.静摩檫力

6、静摩檫力 C.滑动摩檫力滑动摩檫力 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练习练习OF静静v2、一辆汽车、一辆汽车m=2.0103kg在水平公路上行驶，在水平公路上行驶，经过半径经过半径r=50m的弯道时，如果车速度的弯道时，如果车速度v=72km/h，这辆汽车会不会发生事故？已知，这辆汽车会不会发生事故？已知轮胎与路面间的最大静摩擦力轮胎与路面间的最大静摩擦力fm=0.9104N。解：这辆汽车经过弯路时所需向心力解：这辆汽车经过弯路时所需向心力NNrvmF4232106.15020102向心力据题意，最大静摩擦力只为据题意，最大静摩擦力只为0.9104N，所以汽车，所以汽

7、车会发生事故。会发生事故。maxfF向心力f3、一辆汽车、一辆汽车m=2.0103kg在水平公路上行驶，在水平公路上行驶，经过半径经过半径r=50m的弯道时，已知轮胎与路面间的弯道时，已知轮胎与路面间的最大静摩擦力的最大静摩擦力fm=0.9104N，求这辆汽车安，求这辆汽车安全通过弯道的最大速度？全通过弯道的最大速度？解：这辆汽车经过弯路时路面所能提解：这辆汽车经过弯路时路面所能提供的最大向心力供的最大向心力rvmfF2maxmax向心力smsmmrfv/15/100.250109.034maxmax1 1、拱（凸）形桥、拱（凸）形桥2 2、凹形桥、凹形桥3 3、平面桥、平面桥2NvFmg m

8、R当汽车速度多大时当汽车速度多大时,N=0,N=0,此时汽此时汽车会如何运动车会如何运动?()0NvgRF临界速度mgN随随V V的增大，的增大，FN如何变化？如何变化？当当 时，汽车离开拱形桥做平抛时，汽车离开拱形桥做平抛运动运动vgR你见过你见过凹形凹形的桥吗？的桥吗？纪念园里的铁索桥22NNvFFmgmRvFmgmR合mgmgN N比较三种桥面受力的情况比较三种桥面受力的情况2NvFGmr2NvFGmrFN=GGGGNNN例例2 2：质量为：质量为4000 kg4000 kg的汽车的汽车,通过半径为通过半径为40 m40 m的凸形桥顶的凸形桥顶端时端时,对桥顶的压力正好为零对桥顶的压力正

9、好为零,则汽车的速度大小为多少。则汽车的速度大小为多少。(取取10 m/s10 m/s2 2)例例3 3：如图所示：如图所示,汽车质量为汽车质量为1.51.510104 4 kg,kg,以不变的速率先后驶过凹形桥面和凸形桥以不变的速率先后驶过凹形桥面和凸形桥面面,桥面圆弧半径都为桥面圆弧半径都为1515,如果桥面承受如果桥面承受的最大压力不得超过的最大压力不得超过2.02.010105 5 N.N.1.1.汽车允许的最大速率是多少汽车允许的最大速率是多少?2.2.汽车以此速率驶过桥面的最小压力是汽车以此速率驶过桥面的最小压力是 多少多少?（10 m/s10 m/s2 2）三三.航天器中的失重现

10、象航天器中的失重现象1.1.航天员随太空船一起做什么运动？航天员随太空船一起做什么运动？2.2.宇航员处于什么状态？为什么？宇航员处于什么状态？为什么？请大家阅读课本28面-思考与讨论 说出你的想法G F=mv2/RF=mg mv2/R 当当v=v=gRFN=0 航天员处于完全失重状态航天员处于完全失重状态把地球看做一个巨大的拱形桥，是什么力把地球看做一个巨大的拱形桥，是什么力提供给汽车做圆周运动运动的向心力提供给汽车做圆周运动运动的向心力？汽车内的人和车的运动情况一样，故也是失重状态。汽车内的人和车的运动情况一样，故也是失重状态。飞起的汽车犹如绕地球运转的太空船，这就是航天器中的失重现飞起的

11、汽车犹如绕地球运转的太空船，这就是航天器中的失重现象是根本。象是根本。5.7 5.7 生活中的圆周运动生活中的圆周运动四、离心运动四、离心运动 做圆周运动物体一旦失去向心力作用，它会做圆周运动物体一旦失去向心力作用，它会怎样运动？如果物体受的合力不足以提供向心力，怎样运动？如果物体受的合力不足以提供向心力，它会怎样运动？它会怎样运动？1、定义：当向心力突然消失或指向圆心的合力不足时，当向心力突然消失或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。物体做逐渐远离圆心的运动，叫做离心运动。离心运动的条件离心运动的条件：当向心力消失或指向圆心的合力不足以提供向心力当向心力消失或指向圆

12、心的合力不足以提供向心力F mF m2 2r rF=0F=0 2 2、请举例说明生活中，有哪、请举例说明生活中，有哪些现象是由于离心运动而造成了些现象是由于离心运动而造成了危害？危害？1 1、请举例说明生活中，有哪请举例说明生活中，有哪些现象应用了离心运动？些现象应用了离心运动？离心运动的应用用离心机把体温用离心机把体温计的水银柱甩回计的水银柱甩回玻璃泡内玻璃泡内制作棉花糖的原理：制作棉花糖的原理：内筒与洗衣机的脱水筒相似，里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，从内筒壁的小汁

13、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，较低的外筒，并迅速冷却凝固，变得纤细雪白，像一团团棉花。变得纤细雪白，像一团团棉花。砂轮转速不能过快，防止砂轮做离心运动而瓦解。“供供”“”“需需”是否平衡是否平衡决定物体做何种运决定物体做何种运动动供供提供物体做圆提供物体做圆周运动的力周运动的力需需物体做匀速圆周物体做匀速圆周运动所需的力运动所需的力F=rvm2匀速圆周运动匀速圆周运动Frvm2向心运动向心运动向心、圆周、离心运动向心、圆周、离心运动C、作匀速圆周运动的物体，它自己会产生一作匀速圆周运动的物体，它自己会产生一个向心力

14、，维持其作圆周运动个向心力，维持其作圆周运动A、作匀速圆周运动的物体，在所受合外力突然消、作匀速圆周运动的物体，在所受合外力突然消失时，将沿圆周半径方向离开圆心失时，将沿圆周半径方向离开圆心B、作匀速圆周运动的物体，在所受合外力突然消作匀速圆周运动的物体，在所受合外力突然消失时，将沿圆周切线方向离开圆心失时，将沿圆周切线方向离开圆心D、作离心运动的物体，是因为受到离心力作用、作离心运动的物体，是因为受到离心力作用的缘故的缘故1、下列说法正确的是、下列说法正确的是 ()B、为了防止汽车在水平路面上转弯时、为了防止汽车在水平路面上转弯时出现出现“打滑打滑”的现象，可以：的现象，可以：()a、增大汽

15、车转弯时的速度、增大汽车转弯时的速度 b、减小汽车转弯时的速度、减小汽车转弯时的速度 c、增大汽车与路面间的摩擦、增大汽车与路面间的摩擦 d、减小汽车与路面间的摩擦、减小汽车与路面间的摩擦 A、a、b B、a、c C、b、d D、b、cD3、下列说法中错误的有：（、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、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、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、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允

16、许的最大转速D、离心水泵利用了离心运动的原理、离心水泵利用了离心运动的原理B 思考：司机开着汽车在一宽阔的马路上匀速行思考：司机开着汽车在一宽阔的马路上匀速行驶，突然发现前方有一堵墙，他是刹车好还是转驶，突然发现前方有一堵墙，他是刹车好还是转弯好呢弯好呢？（设转弯时汽车作匀速圆周运动，最大静摩擦？（设转弯时汽车作匀速圆周运动，最大静摩擦力与滑动摩擦力相等）力与滑动摩擦力相等）分析：设汽车原来的速度为分析：设汽车原来的速度为v，汽车与地面的，汽车与地面的摩擦因数为摩擦因数为，汽车的质量为，汽车的质量为m，刹车时：mg=ma，则a=g，向前滑行的距离为：向前滑行的距离为：s=v2/2a=v2/2g

17、，转弯时：转弯时：mg=mv2/R，得：，得：R=v2/g因因sR，故刹车比转弯好，故刹车比转弯好5.汽车与路面的动摩擦因数为汽车与路面的动摩擦因数为m，公路某，公路某转弯处半径为转弯处半径为R（设最大静摩擦力等于滑动设最大静摩擦力等于滑动摩擦力），问：摩擦力），问：（1）若路面水平，汽车转弯不发生侧滑，）若路面水平，汽车转弯不发生侧滑，汽车速度不能超过多少？汽车速度不能超过多少？（2）若将公路转弯处路面设计成外侧高、内侧）若将公路转弯处路面设计成外侧高、内侧低，使路面与水平面有一倾角低，使路面与水平面有一倾角a，汽车以多大，汽车以多大速度转弯使，可以使车与路面间无摩擦力？速度转弯使，可以使车

18、与路面间无摩擦力？vgrtanvgr5.7 5.7 生活中的圆周运动生活中的圆周运动BAA(1)v(),0NRgF当临 界速 度 时2(2)v,0,NNRgFvFmmgR当时vgR（3）当）当 时，物时，物体离开圆轨道做曲线运动体离开圆轨道做曲线运动(1)小球运动到最高点：小球运动到最高点：mgmgFN例、质量为例、质量为1kg1kg的小球沿半径为的小球沿半径为20cm20cm的圆环的圆环在竖直平面内做圆周运动，如图所示，求在竖直平面内做圆周运动，如图所示，求（1 1）小球在圆环的最高点）小球在圆环的最高点A A不掉下来的最不掉下来的最小速度是多少？此时小球的向心加速度是小速度是多少？此时小球

19、的向心加速度是多少？多少？（2 2）若小球仍用以上的速度经过圆环的最）若小球仍用以上的速度经过圆环的最低点低点B B，它对圆环的压力是多少？此时小球，它对圆环的压力是多少？此时小球的向心加速度是多少？的向心加速度是多少？ABATmgTmgLvmTmg2 最高点：最高点：过最高点的最小速度是多大过最高点的最小速度是多大?gLv0 mgLvmTvv20 时时，当当线运动时，物体离开圆面做曲当0vv O例、用细绳栓着质量为例、用细绳栓着质量为m m的物体的物体,在竖直在竖直平面内做圆周运动平面内做圆周运动,则下列说法正确的是则下列说法正确的是:A.A.小球过最高点时小球过最高点时,绳子的张力可以为零

20、绳子的张力可以为零B.B.小球过最高点时的最小速度为零小球过最高点时的最小速度为零C.C.小球刚好过最高点是的速度是小球刚好过最高点是的速度是D.D.小球过最高点时小球过最高点时,绳子对小球的作用力可以与球所绳子对小球的作用力可以与球所受的重力方向相反受的重力方向相反gRTmgO 例、如图所示例、如图所示,一质量为一质量为m m的小的小球用长为球用长为L L的细绳悬于的细绳悬于O O点点,使之在使之在竖直平面内做圆周运动竖直平面内做圆周运动,小球通过小球通过最低点时速率为最低点时速率为v,v,则小球在最低则小球在最低点时细绳的张力大小为多少点时细绳的张力大小为多少?O过最高点的最小过最高点的最

21、小速度是多大速度是多大?例、用一轻杆栓着质量为例、用一轻杆栓着质量为m m的物体的物体,在竖在竖直平面内做圆周运动直平面内做圆周运动,则下列说法正确的则下列说法正确的是是:A.A.小球过最高点时小球过最高点时,杆子的张力可以为零杆子的张力可以为零B.B.小球过最高点时的最小速度为零小球过最高点时的最小速度为零C.C.小球刚好过最高点是的速度是小球刚好过最高点是的速度是D.D.小球过最高点时小球过最高点时,杆子对小球的作用力杆子对小球的作用力可以与球所受的重力方向相反可以与球所受的重力方向相反gRR R例、长为例、长为0.6m0.6m的轻杆的轻杆OA(OA(不计质量不计质量),A),A端插个质量

22、为端插个质量为2.0kg2.0kg的物体的物体,在竖直平在竖直平面内绕面内绕O O点做圆周运动点做圆周运动,当球达到最高当球达到最高点的速度分别为点的速度分别为3m/s,m/s,2m/s3m/s,m/s,2m/s时时,求杆对球的作用力各为多少求杆对球的作用力各为多少?6O OA A1、杂技演员在做水流星表演时，用绳系着、杂技演员在做水流星表演时，用绳系着装有水的小桶，在竖直平面内做圆周运动，装有水的小桶，在竖直平面内做圆周运动，若水的质量若水的质量m0.5 kg，绳长，绳长l60 cm，（g取取10m/s2）求：）求：（1）最高点水不流出的最小速率；）最高点水不流出的最小速率；（2）水在最高点速率）水在最高点速率v3 m/s时，时，水对桶底的压力。水对桶底的压力。ms；2.5N6