高一物理《勻速圓周運動的實例分析》課件

1、2021/2/111第三節(jié)第三節(jié) 勻速圓周運動的實例分析勻速圓周運動的實例分析2021/2/112復(fù)習(xí)思考題:1.向心力的求解公式有哪幾個向心力的求解公式有哪幾個?2.向心力的來源有哪些向心力的來源有哪些? ?2021/2/1132mrF 向心力公式向心力公式:rv2mrF rvmF22021/2/114說明說明不能認為做勻速圓周運動的物體除了受不能認為做勻速圓周運動的物體除了受到另外物體的作用外到另外物體的作用外, ,還要另外受到向心還要另外受到向心力。力。來源來源任何一個力或幾個力的合力只要它的作任何一個力或幾個力的合力只要它的作用效果是使物體產(chǎn)生向心加速度用效果是使物體產(chǎn)生向心加速度,它

2、就是它就是物體所受的向心力物體所受的向心力關(guān)于向心力關(guān)于向心力2021/2/115解圓周運動問題的解圓周運動問題的基本步驟基本步驟1.確定研究對象。確定研究對象。2.確定作圓周運動的軌道平面、圓心位置確定作圓周運動的軌道平面、圓心位置和半徑。和半徑。3. 受力分析畫出受力示意圖。受力分析畫出受力示意圖。4.運用平行四邊形定則或正交分解法求出向運用平行四邊形定則或正交分解法求出向心力心力F。5.根據(jù)向心力公式根據(jù)向心力公式,選擇選擇適合形式列方程適合形式列方程求解求解2021/2/116火車轉(zhuǎn)彎火車轉(zhuǎn)彎時時, ,我們說我們說它做圓周它做圓周運動運動, ,是什是什么力提供么力提供火車的向火車的向心

3、力呢心力呢? ?火車轉(zhuǎn)彎火車轉(zhuǎn)彎火車轉(zhuǎn)彎火車轉(zhuǎn)彎.flv2021/2/117c c: :由于該彈力是由輪緣和外軌的擠壓產(chǎn)生由于該彈力是由輪緣和外軌的擠壓產(chǎn)生的的, ,且由于火車質(zhì)量很大且由于火車質(zhì)量很大, ,故輪緣和外軌間故輪緣和外軌間的相互作用力很大，易損壞鐵軌。的相互作用力很大，易損壞鐵軌。1 1、內(nèi)外軌道一樣高時、內(nèi)外軌道一樣高時GFNFa a: :此時火車車輪受三個力此時火車車輪受三個力: :重力、支持力、外重力、支持力、外軌對輪緣的彈力。軌對輪緣的彈力。b b: :外軌對輪緣的彈力外軌對輪緣的彈力F F提供向心力提供向心力。2021/2/1182 2、外軌略高于內(nèi)軌時、外軌略高于內(nèi)軌

4、時2021/2/119(LH2021/2/1110(LH設(shè)車軌間距為設(shè)車軌間距為L,兩軌間高兩軌間高度差為度差為H,轉(zhuǎn)彎半徑為轉(zhuǎn)彎半徑為R，質(zhì)量為質(zhì)量為M的火車運行。的火車運行。對火車受力情況分析對火車受力情況分析:重力和支持力的合力重力和支持力的合力提供向心力提供向心力,對內(nèi)外對內(nèi)外軌都無壓力軌都無壓力2021/2/1111(LHMgFtan又又F=mv2/r所以所以tanmgF 實際中實際中,鐵軌修好后鐵軌修好后H、R、L定定,又又g給定值，所以給定值，所以火車拐彎時的車速為一定值?；疖嚬諒潟r的車速為一定值。v=v=tangr2021/2/1112實際中實際中,鐵軌修好以后鐵軌修好以后h、

5、R、L確定確定,g又為定又為定值，所以火車轉(zhuǎn)彎時的車速為一定值。值，所以火車轉(zhuǎn)彎時的車速為一定值。1、當(dāng)火車行駛速率、當(dāng)火車行駛速率 v= 時時,F合合=F向向,內(nèi)內(nèi)外軌道對輪緣沒有側(cè)壓力外軌道對輪緣沒有側(cè)壓力2、當(dāng)火車行駛速率、當(dāng)火車行駛速率v 時，時，F(xiàn)合合F向向，外軌道對輪緣有側(cè)壓力外軌道對輪緣有側(cè)壓力3、當(dāng)火車行駛速率、當(dāng)火車行駛速率 vF向向，內(nèi)軌道對輪緣有側(cè)壓力內(nèi)軌道對輪緣有側(cè)壓力tangrtangrtangr2021/2/11132021/2/1114思考題思考題:自行車轉(zhuǎn)彎自行車轉(zhuǎn)彎,稍一傾斜稍一傾斜 就過去了就過去了,摩摩托車轉(zhuǎn)彎傾斜度要大一些。摩托賽托車轉(zhuǎn)彎傾斜度要大一些。

6、摩托賽車時轉(zhuǎn)彎，傾斜度更大，幾乎倒在車時轉(zhuǎn)彎，傾斜度更大，幾乎倒在地上。地上。提問提問:誰給人提供向心力誰給人提供向心力?傾斜度與傾斜度與向心力有關(guān)嗎向心力有關(guān)嗎?有何關(guān)系？有何關(guān)系？2021/2/1115摩托轉(zhuǎn)彎速度太快有很大的危害 為了大家的生命安全,請禁止飆車請禁止飆車!2021/2/1116飛機轉(zhuǎn)彎2021/2/1117汽車過拱橋汽車過拱橋FN F合合=G FF向向=mv2/rF合合= F向向 G F= mv2/rF=G mv2/r 汽車過汽車過凸形橋凸形橋FG2021/2/1118根據(jù)上面的分析可以看出根據(jù)上面的分析可以看出:汽車行駛的速度越大汽車行駛的速度越大,汽車對橋的壓力越汽車

7、對橋的壓力越小。小。當(dāng)汽車的速度不斷增大時當(dāng)汽車的速度不斷增大時,會有什么現(xiàn)象會有什么現(xiàn)象發(fā)生呢發(fā)生呢?試分析試分析2021/2/11192NvFmgmrF壓當(dāng)當(dāng)v v增大時，增大時，F(xiàn) F壓壓減?。粶p??；當(dāng)當(dāng) 時，時，F(xiàn) F壓壓=0=0；當(dāng)當(dāng) 時，汽車將脫離橋面，發(fā)生時，汽車將脫離橋面，發(fā)生危險危險。grvgrv根據(jù)牛頓第三定律根據(jù)牛頓第三定律:F壓壓=FN 2021/2/1120思考與討思考與討論論請你根據(jù)上面分析汽車通過凸形橋的思路請你根據(jù)上面分析汽車通過凸形橋的思路,分析分析一下汽車通過凹形橋最低點時對橋的壓力。小一下汽車通過凹形橋最低點時對橋的壓力。小?V2021/2/1121比較三

8、種橋面受力的情況比較三種橋面受力的情況rvmFGN2FN=GrvmGFN22021/2/1122 汽車過拱橋視頻小汽車過平、凸、凹拱橋的實驗.flv2021/2/1123例例1:飛機做府沖拉起運動進飛機做府沖拉起運動進,在最低點附近做半徑在最低點附近做半徑r200m的圓周運動。如果飛行員的體重（質(zhì)量）的圓周運動。如果飛行員的體重（質(zhì)量）m70kg,飛機經(jīng)過最低點時的速度飛機經(jīng)過最低點時的速度v360km/h，求，求這時飛行員對座位的壓力多大這時飛行員對座位的壓力多大?（g=10m/s2） 解解:飛行員經(jīng)過最低點時受兩個飛行員經(jīng)過最低點時受兩個 力力重力重力G和座位對他的支持力和座位對他的支持力

9、FN FN G rmvG2NFrmvG2NF7010 N2001007024.2103N所以飛行員對座位的壓力也為所以飛行員對座位的壓力也為4.2103N2021/2/1124雜技雜技 “水流星水流星”2021/2/1125 一根繩子系者一個盛水的杯子一根繩子系者一個盛水的杯子,演員掄演員掄起來起來,杯子就在豎直面內(nèi)做圓周運動，到杯子就在豎直面內(nèi)做圓周運動，到最高點時，杯口朝下，但杯中的水不會流最高點時，杯口朝下，但杯中的水不會流下來，為什么呢下來，為什么呢?如圖所示如圖所示,當(dāng)杯子以速度當(dāng)杯子以速度v轉(zhuǎn)過最高轉(zhuǎn)過最高點時點時,杯中的向心力的方向向下，杯中的向心力的方向向下，重力提供了水做圓周

10、運動的向心重力提供了水做圓周運動的向心力力2vm g mrF 向則有則有:vgrG此時，杯中的此時，杯中的水恰不流出水恰不流出2021/2/1126GFN若轉(zhuǎn)速增大，若轉(zhuǎn)速增大， 時，即時，即 時，杯中時，杯中水還有遠離圓心的趨勢，水當(dāng)然不會流出，此水還有遠離圓心的趨勢，水當(dāng)然不會流出，此時杯底是有壓力時杯底是有壓力2vmmgrvgr2NvFmg mrv越大，水對杯子的壓力越大，水對杯子的壓力FN越大越大因此，要使杯子中的水不流出，則在圓因此，要使杯子中的水不流出，則在圓周運動最高點的線速度不得小于周運動最高點的線速度不得小于vgr2021/2/1127例例2:以長為以長為1m的細繩懸掛一盛水

11、的小桶的細繩懸掛一盛水的小桶,桶中盛水桶中盛水2kg,手拿細繩另一端使小桶在豎直平面內(nèi)做圓周運動，手拿細繩另一端使小桶在豎直平面內(nèi)做圓周運動，小桶在最高點的線速度最小為多少時，水才不會流出小桶在最高點的線速度最小為多少時，水才不會流出來來? 解解:對小桶中的水進行受力分析對小桶中的水進行受力分析:水受到兩個水受到兩個力的作用：重力和桶底對水的支持力力的作用：重力和桶底對水的支持力 rvmG2NF rvmG2當(dāng)當(dāng)FN =0時時,最小最小smgrv/10圖片圖片 G FN 2021/2/1128小結(jié)2.2.在細繩帶動下在細繩帶動下, ,物體在豎直平面的圓周運物體在豎直平面的圓周運動。要能到達最高點

12、則必須動。要能到達最高點則必須vgr1.1.在豎直平面內(nèi)在豎直平面內(nèi), ,物體物體不一定不一定是勻速圓周運是勻速圓周運 動動, ,如蕩秋千等。如蕩秋千等。這類問題，會告訴在某一點的瞬時速度，一般這類問題，會告訴在某一點的瞬時速度，一般為最高點或最低點。此時，可以用向心力公式為最高點或最低點。此時，可以用向心力公式求解。求解。2021/2/1129 一個長為L的輕質(zhì)細桿一端有一質(zhì)量為m的小球在豎直平面內(nèi)做圓周運動。細桿帶動下小球在豎直面做圓周運動細桿帶動下小球在豎直面做圓周運動vLm2021/2/1130mgF拉F向vmgFF拉向mgFF拉向2()vmgLF拉速率為v,細桿對小球的作用力大小在最

13、低點在最低點2021/2/1131 （1）小球的速度為v,那么細桿對小球的作用力可以為零嗎?2vmgmrF向vvgr2vm g mrF 向在最高點在最高點mg此時小球只受此時小球只受到向下的重力到向下的重力2021/2/1132 （2）若在最高點時,小球的速率為v,那么細桿對小球的作用力可以向上嗎?vm g-FNF 向mgFN2vFmg-mrN在最高點在最高點F向2021/2/1133 （3）小球的速度為v,那么細桿對小球的作用力可以向下嗎?vm g+FNF 向mg2vFmmgrN在最高點在最高點FN2021/2/1134小結(jié)1.1.在豎直平面內(nèi)做圓周運動不一定是勻速圓周運動。在豎直平面內(nèi)做圓

14、周運動不一定是勻速圓周運動。當(dāng)然到達最高點時必須有最小速度。當(dāng)然到達最高點時必須有最小速度。v(gr)v(gr)1/21/22.2.在最高點時在最高點時, ,細桿可一是拉力也可以是支持力。這細桿可一是拉力也可以是支持力。這一點和細繩不同一點和細繩不同, ,細繩只能是拉力。細繩只能是拉力。注意細繩和細桿的區(qū)別哦！2021/2/1135思考與討思考與討論論v圓管和細桿相比較圓管和細繩相比較圓管和細桿可歸為一類2021/2/1136圓錐擺圓錐擺GFTr質(zhì)量為質(zhì)量為m的小球用長為的小球用長為L的細線連接的細線連接著著,使小球在水平面內(nèi)作勻速圓周運使小球在水平面內(nèi)作勻速圓周運動動,細線與豎直方向夾角為細線與豎直方向夾角為 ，試求，試求其角速度的大小其角速度