高中物理_必修2_5.7《生活中的圓周運動》 (1)

1、5.75.7生活中的圓周運動知識回顧物體做圓周運動時，受力有何共同點 物體要受到指向圓心的向心力向心力的特點 方向：總是指向圓心 大?。簉vmFn22222vFmammrmvmrrT向向（）1、描述圓周運動快慢的量及關(guān)系描述圓周運動快慢的量及關(guān)系v =T2r=T2v =r2、向心加速度、向心加速度an = = v2ran = = r2an = = r 42T 23、向心力、向心力Fn= =m v2rFn= =m2rFn = =m r 42T 2Frvm2“供需供需”平衡平衡 物體做勻速圓周運動提供物體做勻速圓周運動的力物體做勻速圓周運動所需的力向心力公式的理解=從從“供供” “需需”兩方面兩方

2、面研究做圓周運動的物體研究圓周運動的要點 從“供”“需”兩方面來進行研究 “供”分析物體受力，求沿半徑方向的合外力 “需”確定物體軌道，定圓心、找半徑、用公式，求出所需向心力 “供”“需”平衡做圓周運動 “供”“需”不平衡做離心運動或向心運動思考：思考： 在平直軌道上勻在平直軌道上勻速行駛的火車，速行駛的火車，火車受幾個力作火車受幾個力作用？這幾個力的用？這幾個力的關(guān)系如何？那火關(guān)系如何？那火車轉(zhuǎn)彎時情況會車轉(zhuǎn)彎時情況會有何不同呢？有何不同呢？ 火車轉(zhuǎn)彎時是在火車轉(zhuǎn)彎時是在做圓周運動，那做圓周運動，那么是什么力提供么是什么力提供向心力？向心力？實例實例車輪的構(gòu)造車輪的構(gòu)造火車車輪有突出的輪緣火

3、車車輪有突出的輪緣車輪介紹車輪介紹 鐵路的彎道鐵路的彎道內(nèi)外軌道一樣高內(nèi)外軌道一樣高2vFFmr向心力外軌對輪緣的彈力提供向心力外軌對輪緣的彈力提供向心力. 靠這種辦靠這種辦法得到的向法得到的向心力缺點是心力缺點是什么？如何什么？如何解決這一實解決這一實際問題？際問題？【最佳方案】【最佳方案】外軌略高于內(nèi)軌外軌略高于內(nèi)軌GFNF合合【方案剖析】【方案剖析】nFF合Rvmmg2tan火車轉(zhuǎn)彎規(guī)定火車轉(zhuǎn)彎規(guī)定臨界速度臨界速度: :tanvRg臨界解析：解析：重力重力G與支持力與支持力FN的合力的合力F合合是使火車轉(zhuǎn)彎的向心力是使火車轉(zhuǎn)彎的向心力GNFtantannFFGmg當(dāng)當(dāng) 很小時，很小時，2

4、sintan,sinnnhlhFmglvFmRghRvLNhF 如圖，斜面軌道傾角如圖，斜面軌道傾角為為，轉(zhuǎn)彎半徑轉(zhuǎn)彎半徑R，要使，要使車輪對內(nèi)外軌都無壓力車輪對內(nèi)外軌都無壓力,質(zhì)量為質(zhì)量為m的火車運行的速的火車運行的速率應(yīng)該多大率應(yīng)該多大?火車拐彎應(yīng)以規(guī)定速度行駛火車拐彎應(yīng)以規(guī)定速度行駛FF合向0tanvgr G【研究與討論】 如果火車在轉(zhuǎn)彎處的速度不等于規(guī)定速度，會發(fā)生怎樣情況？ 討論：討論：1.當(dāng)當(dāng)v , F提提 合力不足以提供向心力合力不足以提供向心力 外軌對輪緣有擠壓；外軌對輪緣有擠壓；2.當(dāng)當(dāng)v= , = F提提合力恰好等于向心力合力恰好等于向心力 內(nèi)外軌對輪緣都無擠壓內(nèi)外軌對輪緣

5、都無擠壓3.當(dāng)當(dāng) v , v規(guī)定規(guī)定當(dāng)火車行駛速率當(dāng)火車行駛速率vv規(guī)定規(guī)定時時 當(dāng)火車行駛速率當(dāng)火車行駛速率vv規(guī)定規(guī)定時時GNN火車行駛速率火車行駛速率vv規(guī)定規(guī)定GNN外軌對輪緣有側(cè)壓力外軌對輪緣有側(cè)壓力內(nèi)軌對輪緣有側(cè)壓力內(nèi)軌對輪緣有側(cè)壓力注意1、火車轉(zhuǎn)彎時向心力是水平的、火車轉(zhuǎn)彎時向心力是水平的 從這個例子我們進一步知道從這個例子我們進一步知道 ：2、向心力是按效果命名的力，、向心力是按效果命名的力，如果認(rèn)為做勻速圓周運動的物如果認(rèn)為做勻速圓周運動的物體除了受到另外物體的作用，體除了受到另外物體的作用，還要再受到一個向心力，那就還要再受到一個向心力，那就不對了。不對了。 公路上的拱公路

6、上的拱形橋是常見的，形橋是常見的，汽車過橋時，汽車過橋時，也可以看做圓也可以看做圓周運動。那么周運動。那么是什么力提供是什么力提供汽車的向心力汽車的向心力呢？呢？思考：思考：實例二、汽車過橋二、汽車過橋123討論 質(zhì)量為m的汽車在拱形橋上以速度v行駛，若橋面的圓弧半徑為R，試畫出受力分析圖，分析汽車通過橋的最高點時對橋的壓力 汽車通過橋最高點時，汽車通過橋最高點時，車對橋的壓力車對橋的壓力以以“凸形橋凸形橋”為例分析：為例分析：1、分析汽車的受力情況、分析汽車的受力情況2、找圓心、找圓心3、確定、確定F合合即即F向心力向心力的方向。的方向。4、列方程、列方程NGF合合= G-NFF合向心力2v

7、GNmR2vNGmR2vNNGmR壓力 思考：汽車不在拱形橋的最高點或最低點思考：汽車不在拱形橋的最高點或最低點時，它的運動能用上面的方法求解嗎？時，它的運動能用上面的方法求解嗎？ （2cosNmvmgFr思考：汽車在拱形橋頂端的速度不同，思考：汽車在拱形橋頂端的速度不同，橋?qū)嚨闹С至σ膊煌惺裁床煌貥驅(qū)嚨闹С至σ膊煌?，有什么不同?？你見過你見過凹形凹形的橋嗎？的橋嗎？瀘定橋拓展拓展 下面自己分析汽車通過凹形橋最低點時，汽車對橋的壓力比汽車的重力大些還是小些? 學(xué)生分析汽車通過最底點時車對橋?qū)W生分析汽車通過最底點時車對橋 (過過水路面水路面)的壓力的壓力 2vNGmr汽車對橋面的壓力

8、超重失重狀態(tài)最高點最低點2vN G mGr2vN G mGr 小結(jié)：小結(jié)：說一說 汽車不在拱形橋的最高點或最低點時，它的運動該如何求解？為什么？地球可以看做一個巨大的地球可以看做一個巨大的拱形橋，橋面的半徑就是地拱形橋，橋面的半徑就是地球的半徑。會不會出現(xiàn)這樣球的半徑。會不會出現(xiàn)這樣的情況：速度大到一定程度的情況：速度大到一定程度時，地面對車的支持力是零？時，地面對車的支持力是零？這時駕駛員與座椅之間的壓這時駕駛員與座椅之間的壓力是多少？力是多少？思考與討論思考與討論該“思考與討論”中描述的情景其實已經(jīng)實現(xiàn)，不過不是在汽車上，而是在航天飛機中 汽車速度增大汽車速度增大v思維拓展思維拓展分析 假

9、設(shè)宇宙飛船總質(zhì)量為假設(shè)宇宙飛船總質(zhì)量為M，它在地球表面附，它在地球表面附近繞地球做勻速圓周運動近繞地球做勻速圓周運動,速率為速率為V，其軌道半，其軌道半徑近似等于地球半徑徑近似等于地球半徑R，航天員質(zhì)量為，航天員質(zhì)量為m，宇宙，宇宙飛船和航天員受到的地球引力近似等于他們在飛船和航天員受到的地球引力近似等于他們在地面上的重力試求座艙對宇航員的支持地面上的重力試求座艙對宇航員的支持力通過求解你可以得出什么結(jié)論力通過求解你可以得出什么結(jié)論?一宇宙飛船繞地球做勻速圓周運動，距地面一二一宇宙飛船繞地球做勻速圓周運動，距地面一二百千米時，它的軌道半徑近似等于地球半徑，航百千米時，它的軌道半徑近似等于地球半

10、徑，航天員受到地球引力近似等于重力天員受到地球引力近似等于重力22()NNvm gFmRvFmgRvgR船艙對航天員的支持力為零，航天員船艙對航天員的支持力為零，航天員處于失重狀態(tài)。處于失重狀態(tài)。觀察觀察1 1、定義、定義： 當(dāng)向心力突然消失或者指向圓心的合力不足當(dāng)向心力突然消失或者指向圓心的合力不足時，物體做逐漸遠離圓心的運動，叫做離心運時，物體做逐漸遠離圓心的運動，叫做離心運動。動。實例向心、圓周、離心運動“供”“需”是否平衡決定物體做何種運動供提供物體做圓周運動的力需物體做勻速圓周運動所需的力F=rvm2勻速圓周運動Frvm2向心運動賽道的設(shè)計2、離心運動的應(yīng)用與防止、離心運動的應(yīng)用與防

11、止用離心機把用離心機把體溫計的水體溫計的水銀柱甩回玻銀柱甩回玻璃泡內(nèi)璃泡內(nèi)制作棉花糖的原理：制作棉花糖的原理：內(nèi)筒與洗衣機的脫水筒相似，里內(nèi)筒與洗衣機的脫水筒相似，里面加入白砂糖，加熱使糖熔化成面加入白砂糖，加熱使糖熔化成糖汁。內(nèi)筒高速旋轉(zhuǎn)，黏稠的糖糖汁。內(nèi)筒高速旋轉(zhuǎn)，黏稠的糖汁就做離心運動，從內(nèi)筒壁的小汁就做離心運動，從內(nèi)筒壁的小孔飛散出去，成為絲狀到達溫度孔飛散出去，成為絲狀到達溫度較低的外筒，并迅速冷卻凝固，較低的外筒，并迅速冷卻凝固，變得纖細雪白，像一團團棉花。變得纖細雪白，像一團團棉花。OF靜靜vOFv一、鐵路的彎道一、鐵路的彎道 1討論向心力的來源： 2外軌高于內(nèi)軌時重力與支持力的合力是使火車轉(zhuǎn)彎的向心力 3討論：為什么轉(zhuǎn)彎處的半徑和火車運行速度有條件限制?二、拱形橋二、拱形橋1思考：汽車過拱形橋時，對橋面的壓力與重力誰大?2圓周運動中的超重、失重情況三、航天器中的失重現(xiàn)象三、航天器中的失重現(xiàn)象四、離心運動四、離心運動1離心現(xiàn)象的分析與討論2離心