物理必修 第二册第六章 圆周运动4 生活中的圆周运动教学演示ppt课件

这是一份物理必修 第二册第六章 圆周运动4 生活中的圆周运动教学演示ppt课件，共34页。PPT课件主要包含了向心力公式的理解，实例研究汽车转弯，实例研究火车转弯，最佳设计方案，研究与讨论，实例研究汽车过桥，飞车走壁，实例研究失重现象，实例研究离心现象等内容，欢迎下载使用。

"供需"平衡 物体做匀速圆周运动
从"供""需"两方面研究做圆周运动的物体
汽车在水平地面上转弯是什么力提供向心力的呢?
汽车在水平路面上转弯所需要的向心力来源:汽车侧向所受的静摩擦力.
当汽车转弯的半径一定时,汽车的速度v越大,所需的向心力也越大,静摩擦力也越大,当静摩擦力为最大静摩擦力时:
某司机驾车在丽龙高速出口,通过水平转盘时出了车祸.讨论其原因,交通部门有责任么?如果你是公路的设计师,请提出你的道路改进措施?
转弯处的路面内低外高!
由此可见:当汽车以沿圆盘转弯时,存在一个安全通过的最大速度,如果超过了这个速度,汽车将发生侧滑现象.
改进措施:(1)增大圆盘半径(2)增加路面的粗糙程度(3)增加路面高度差——外高内低(4)最重要的一点:司机应该减速慢行!
火车以半径R= 300m在水平轨道上转弯,火车质量为8×105kg,速度为30m/s.铁轨与轮之间的动摩擦因数μ=0.25.
设向心力由轨道指向圆心的静摩擦力提供
代入数据可得:Ff=2.4×106N
但轨道提供的静摩擦力最大值:Ffmax=μmg=1.96×106N
"供需"不平衡,如何解决?
火车以半径R=900 m转弯,火车质量为8×105kg ,速度为30m/s,火车轨距l=1.4 m,要使火车通过弯道时仅受重力与轨道的支持力,轨道应该垫的高度h?(θ较小时tanθ=sinθ)
若火车速度与设计速度不同会怎样?
过大时：外侧轨道与轮之间有弹力
过小时：内侧轨道与轮之间有弹力
需要轮缘提供额外的弹力满足向心力的需求
若火车车轮无轮缘,火车速度过大或过小时将向哪侧运动?
过大时:火车向外侧运动过小时:火车向内侧运动
列车速度过快,造成翻车事故
1、汽车过拱桥质量为m 的汽车以恒定的速率v通过半径为r的拱桥,如图所示,求汽车在桥顶时对路面的压力是多大?
解:汽车通过桥顶时,受力如图:
当汽车通过桥顶时的速度逐渐增大时FN 和 FN′会怎样变化?
地球可以看做一个巨大的拱形桥,桥面的半径就是地球的半径.会不会出现这样的情况:速度大到一定程度时,地面对车的支持力为零?这时驾驶员与座椅之间的压力是多少……
拓展:质量为m的汽车以恒定的速率v通过半径为r的凹形桥面,如图所示,求汽车在最低点时对桥面的压力是多大?
解:汽车通过底部时,受力如图:
当汽车通过桥最低点时的速度逐渐增大时 FN和FN′怎样变化?
比较三种桥面受力的情况
摩托车飞车走壁,请分析受力情况,解释现象.
轨道提供支持力,绳子提供拉力.
能过最高点的临界条件:
当速度v > 时, 杆儿对小球是拉力;当速度v < 时, 杆儿对小球是支持力;当速度v = 时, 杆儿对小球无作用力.
杆既可以提供拉力,也可以提供支持力.
重力、杆的拉力或支持力
重力、外管壁的支持力或内管壁的支持力
竖直平面内的变速圆周运动
练习:用钢管做成半径为R=0.5m的光滑圆环(管径远小于R)竖直放置,一小球(可看作质点,直径略小于管径)质量为m=0.2kg在环内做圆周运动,求:小球通过最高点A时,下列两种情况下球对管壁的作用力. 取g=10m/s2A的速率为1.0m/sA的速率为4.0m/s 　　
先求出杆的弹力为0的速率v0
v0=2.25 m/s
(1) v1=1m/s< v0 球应受到内壁向上的支持力N1,受力如图示:
mg-FN1=mv12/l
得: FN1 =1.6 N
(2) v2=4m/s > v0 球应受到外壁向下的支持力N2如图所示:
则 mg+ FN2 =mv22/l
得 FN2 =4.4 N
由牛顿第三定律,球对管壁的作用力分别为:(1)对内壁1.6N向下的压力;(2)对外壁4.4N向上的压力.
如图所示,质量为M的电动机始终静止于地面,其飞轮上固定一质量为m的物体,物体距轮轴为r,为使电动机不至于离开地面,其飞轮转动的角速度ω应如何?
解:当小物体转到最高点时,对底座,受到重力Mg和物体对底座的拉力T,为使电动机不至于离开地面,必须 T≤Mg;对物体,受到重力mg和底座对物体的拉力T.
由圆周运动规律有:mg+T = mω2r
即 mω2r≤(M+m)g
航天员在航天器中绕地球做匀速圆周运动时,航天只受地球引力,引力为他提供了绕地球做匀速圆周运动所需的向心力F引=mv2/R,所以处于失重状态.
mg= mv2/R由此可以得出v=(Rg)1/2
当　时,座舱对他的支持力FN=0,航天员处于完全失重状态?
在绕地球做匀速圆周运动的宇宙飞船中的宇航员,除了地球引力外,还可能受到飞船座舱对他的支持力FN.
其实对于任何一个按惯性飞行(只受重力作用)的飞行器或容器,其中的所有物体都处于完全失重状态.
若在近轨道绕地球做匀速圆周运动:
做匀速圆周运动的物体,在一定条件下,做逐渐远离圆心的运动,这种运动叫离心运动.
观察实验现象回答下列问题
(1)木块为什么会离开转盘?
(2)什么叫做离心运动?
但提供向心力的合力为静摩擦力 Ff ≤ Ffmax
做匀速圆周运动的物体,由于惯性总有沿切线方向飞去的倾向,在合外力突然消失或者不足以提供圆周运动所需的向心力的情况下,做逐渐远离圆心的离心运动;当合外力大于物体做圆周运动所需的向心力时,物体做离圆心越来越近的向心运动;只有当合外力等于所需的向心力时,物体才可能做匀速圆周运动.
2、合外力与向心力的关系
"供""需"是否平衡决定物体做何种运动
3、离心运动的应用和防止
在田径比赛中,链球项目就是得用离心现象来实现投掷的.链球的投掷是通过预摆和旋转来完成的,运动员手持链球链条的一端,在链球高速旋转时,突然松手,拉力消失,链就沿切线方向飞出去.
在雨天,我们可以通过旋转雨伞的方法甩干雨伞上的水滴,旋转时,当转动快到一定的程度时,水滴和雨伞之间的附着力满足不了水滴做圆周运动所需的向心力,水滴就会做远离圆心的运动而被甩出去.
把湿布块放在离心干燥器的金属网笼里,网笼转得比较慢时,水滴跟物体的附着力 F足以提供所需要的向心力,使水滴做圆周运动,当网笼转的比较快时,附着力 F 不足以提供所需要的向心力,于是水滴做离心运动,穿过网孔,飞到网笼外面.洗衣机的脱水筒也是利用离心运动把湿衣服甩干的.
③离心干燥器
① 在水平公路上行驶的汽车转弯时
在水平公路上行驶的汽车,转弯时所需的向心力是由车轮与路面的静摩擦力提供的.如果转弯时速度过大,所需向心力F大于最大静摩擦力Ffmax,汽车将做离心运动而造成交通事故.因此,在公路弯道处,车辆行驶不允许超过规定的速度.
② 高速转动的砂轮、飞轮等
高速转动的砂轮、飞轮等,都不得超过允许的最大转速,如果转速过高,砂轮、飞轮内部分子间的作用力不足以提供所需的向心力时,离心运动会便它们破裂,甚至酿成事故.为了防止事故的发生,通常还要在砂轮和飞轮的外侧加装一个防护罩.
关于制作"棉花"糖的原理
它的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,从内筒壁的小孔飞散出去,成为丝状,到达温度较低的外筒时,迅速冷却凝固,变得纤细雪白,像一团团棉花.
求解圆周运动问题的思路
(1)根据题意,确定物体做圆周运动的平面、半径和圆心;(2)对物体进行受理分析,找出向心力;(3)根据牛顿运动定律,列出运动方程.