高中物理《生活中的圓周運(yùn)動(dòng)課件》課件一（28張PPT）（新人教版必修2）

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歡迎進(jìn)入物理課堂 5 8生活中的圓周運(yùn)動(dòng) 一 鐵路的彎道 1 火車做勻速直線運(yùn)動(dòng)和勻速轉(zhuǎn)彎運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是否相同 G FN F彈 2 火車在轉(zhuǎn)彎時(shí) 若內(nèi)外軌是相平的 鐵軌如何對(duì)火車提供水平方向的向心力 a 此時(shí)火車車輪受三個(gè)力 重力 支持力 外軌對(duì)輪緣的彈力 b 外軌對(duì)輪緣的水平彈力提供火車轉(zhuǎn)彎的向心力 輪緣與外軌間的相互作用力太大 鐵軌和車輪極易受損 3 外軌對(duì)輪緣的水平彈力提供火車轉(zhuǎn)彎的向心力 這種方法在實(shí)際中可取嗎 為什么 例1 火車速度為30m s 彎道的半徑R 900m 火車的質(zhì)量m 8 105kg 轉(zhuǎn)彎時(shí)輪緣對(duì)軌道側(cè)向的彈力多大 讓重力和支持力的合力提供向心力 來減少外軌對(duì)輪緣的擠壓 4 為了減輕鐵軌的受損程度 你能提出一些可行的方案嗎 例2 若火車質(zhì)量為m 轉(zhuǎn)彎半徑為r 要求軌道對(duì)輪緣無擠壓作用 此時(shí)軌道傾角為 請(qǐng)問火車的速度為多大 知 當(dāng)v v0時(shí) 當(dāng)v v0時(shí) 當(dāng)v v0時(shí) 輪緣不受側(cè)向壓力 輪緣受到外軌向內(nèi)的擠壓力 輪緣受到內(nèi)軌向外的擠壓力 討論 由 問題 汽車轉(zhuǎn)彎 情況又如何呢 如果汽車的速度很大 會(huì)出現(xiàn)什么情況呢 有什么解決措施 汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)的措施 把轉(zhuǎn)彎處的道路修成外高內(nèi)低 FN G 即汽車對(duì)橋的壓力大于其所受重力 處于超重狀態(tài) 2 汽車過凹橋時(shí) 在最低點(diǎn)時(shí) 車對(duì)凹橋的壓力怎樣 二 拱形橋 1 汽車靜止在橋上與通過橋時(shí)的狀態(tài)是否相同 FN G即汽車對(duì)橋的壓力小于其所受重力 處于失重狀態(tài) 3 汽車過凸橋時(shí) 在最高點(diǎn)時(shí) 車對(duì)凸橋的壓力又怎樣 二 拱形橋 當(dāng)汽車行駛速度越大 汽車對(duì)橋面的壓力越小 當(dāng)時(shí) 壓力FN為零 處于完全失重狀態(tài) 4 若汽車的運(yùn)動(dòng)速度變大 壓力如何變化 二 拱形橋 思考與討論 地球可以看做一個(gè)巨大的拱形橋 橋面的半徑就是地球的半徑 會(huì)不會(huì)出現(xiàn)這樣的情況 速度大到一定程度時(shí) 地面對(duì)車的支持力是零 這時(shí)駕駛員與座椅之間的壓力是多少 三 航天器中的失重現(xiàn)象 在繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的宇宙飛船中的宇航員 除了地球引力外 還可能受到飛船座艙對(duì)他的支持力FN 由 得 當(dāng)時(shí) 座艙對(duì)他的支持力FN 0 航天員處于完全失重狀態(tài) 四 離心運(yùn)動(dòng) A 做圓周運(yùn)動(dòng)的物體 在所受合外力突然消失或不足以提供圓周運(yùn)動(dòng)所需向心力時(shí) 就做逐漸遠(yuǎn)離圓心的運(yùn)動(dòng) 這種運(yùn)動(dòng)就叫離心運(yùn)動(dòng) 返回 物體做圓周運(yùn)動(dòng)要滿足什么條件 當(dāng)F合 Fn 做圓周運(yùn)動(dòng) 當(dāng)F合 0或F合 Fn時(shí) 受到的F合 指向圓心的合力圓周運(yùn)動(dòng)需要的 當(dāng)F合 Fn 做向心 近心 運(yùn)動(dòng) 做離心運(yùn)動(dòng) FN G 二 凹橋 小結(jié) 一 火車轉(zhuǎn)彎 當(dāng)時(shí) 壓力FN為零 航天員處于完全失重狀態(tài) 三 凸橋 四 離心運(yùn)動(dòng) A 做圓周運(yùn)動(dòng)的物體 在所受合外力突然消失或不足以提供圓周運(yùn)動(dòng)所需向心力時(shí) 就做逐漸遠(yuǎn)離圓心的運(yùn)動(dòng) 這種運(yùn)動(dòng)就叫離心運(yùn)動(dòng) 返回 當(dāng)F合 Fn 做圓周運(yùn)動(dòng) 當(dāng)F合 0或F合 Fn時(shí) 做離心運(yùn)動(dòng) 當(dāng)F合 Fn 做向心 近心 運(yùn)動(dòng) 例3 已知火車速度為30m s 彎道的半徑r 900m 火車的質(zhì)量為8 105kg 1 轉(zhuǎn)彎時(shí)所需要的向心力多大 2 若軌道不受輪緣的擠壓 軌道與水平面的夾角 是多大 3 若軌距為d 1 4m 此時(shí)內(nèi)外軌的高度差h是多少 很小時(shí) 近似有tan sin 4 若火車速度為40m s 此時(shí)輪緣的受力情況如何 課堂練習(xí)P59問題與練習(xí)1 2 3 4 5作業(yè)思考P60問題與練習(xí)1 2 4 6 8問題與練習(xí)參考解答 1 解 小螺絲釘做勻速圓周運(yùn)動(dòng)所需要的向心力F由轉(zhuǎn)盤提供 根據(jù)牛頓第三運(yùn)動(dòng)定律 小螺絲釘將給轉(zhuǎn)盤向外的作用力 轉(zhuǎn)盤在這個(gè)力的作用下 將對(duì)轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生作用力 大小也是F F mr4 2n2 78877N 2 解 假設(shè)汽車不發(fā)生側(cè)滑 完全由靜摩擦力提供向心力 而需要的向心力的最大值 根據(jù)牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律 為 F mv2 r 1 6 104N 1 4 104N所以靜摩擦力不足以提供相應(yīng)的向心力 汽車以72Km h的速度拐彎時(shí) 將會(huì)發(fā)生側(cè)滑 3 解 1 汽車在橋頂部做圓周運(yùn)動(dòng) 重力G和支持力FN的合力提供向心力 即G FN mv2 r得汽車所受支持力FN G mv2 r 7440N根據(jù)牛頓第三運(yùn)動(dòng)定律得 汽車對(duì)橋頂?shù)膲毫Υ笮∫彩?440N 2 根據(jù)題意 汽車對(duì)橋頂沒有壓力時(shí) 即FN 0 對(duì)應(yīng)的速度為V 22 1m 79 6Km h 3 汽車在橋頂做圓周運(yùn)動(dòng) 重力G和支持力FN的合力提供向心力 即G FN mv2 r 汽車所受支持力FN G mv2 r 對(duì)于相同的行駛速度 拱橋圓弧半徑越大 橋面所受壓力越大 汽車行駛越安全 4 根據(jù)第二問的結(jié)果 對(duì)應(yīng)的速度為V0 得V0 7 9Km s 4 解 設(shè)小孩的質(zhì)量為m 小孩到繩子的懸點(diǎn)的距離為L(zhǎng) 小孩運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)的速度大小為v 小孩在最低點(diǎn)受到支持力為FN 將最低點(diǎn)的重力勢(shì)能定為0 以最高點(diǎn)為初狀態(tài) 根據(jù)機(jī)械能守恒定律 或動(dòng)能定理 得 mgL 1 cos60 mv2 2根據(jù)牛頓運(yùn)動(dòng)定律得 FN mg mv2 L解得FN mg 1 2 1 cos60 2mg 490N根據(jù)牛頓第三運(yùn)動(dòng)定律可知 秋千板擺到電低點(diǎn)時(shí) 小孩對(duì)秋千板的壓力大小為490N 5 解 設(shè)物體的的質(zhì)量為m 物體運(yùn)動(dòng)到圓軌道的最高點(diǎn)的速度為v 受到圓軌道的壓力為FN 將物體在圓軌道最高點(diǎn)的重力勢(shì)能定為0 以開始滾下點(diǎn)點(diǎn)為初狀態(tài) 根據(jù)機(jī)械能守恒定律得mg h 2R mv2 2根據(jù)牛頓運(yùn)動(dòng)定律得 FN mg mv2 R解得h 由于FN 0 所以h 5R 2 即h至少為2 5R 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全