§5-7生活中的圆周运动学习教案

会计学15-7生活生活(shnghu)中的圆周运动中的圆周运动第一页，共70页。学习学习(xux)目标目标 1、学生通过阅读知道、学生通过阅读知道(zh do)向心力是圆周向心力是圆周运动的物体半径方向的合力，不管是匀速圆运动的物体半径方向的合力，不管是匀速圆周运动还是周运动还是 变速圆周运动。变速圆周运动。 2、通过视频展示、通过视频展示(zhnsh)常见例子，学会常见例子，学会分析具体问题中的向心力来源。分析具体问题中的向心力来源。 3、通过练习运用匀速圆周运动规律分析和、通过练习运用匀速圆周运动规律分析和 处理生活中的具体实例。处理生活中的具体实例。 第1页/共70页第二页，共70页。第2页/共70页第三页，共70页。第3页/共70页第四页，共70页。OmgFNFfOmgFN提供提供(tgng)向向心力心力受力分析受力分析(fnx)FfFN+mg第4页/共70页第五页，共70页。F合“供需供需”平衡平衡 物体物体(wt)做匀速圆周运做匀速圆周运动动提供提供(tgng)物体做匀速圆周物体做匀速圆周运动的力运动的力F合合物体物体(wt)做匀做匀速圆周运动所需的速圆周运动所需的力力Fn=从从“供供” “需需”两方面两方面研究做圆周运动的研究做圆周运动的物体物体rmvFn2第5页/共70页第六页，共70页。1.1.火车火车(huch)(huch)转弯：转弯： 火车在平直轨道火车在平直轨道(gudo)(gudo)上匀速上匀速行驶时，所受的行驶时，所受的合力等于合力等于0 0，那么，那么当火车转弯时，当火车转弯时，我们说它做圆周我们说它做圆周运动，那么是什运动，那么是什么力提供火车的么力提供火车的向心力呢？向心力呢？车辆车辆(chling)转弯转弯第6页/共70页第七页，共70页。火车火车(huch)转弯视频转弯视频2问题问题(wnt)：火车车轮与铁轨的构造是怎样的？：火车车轮与铁轨的构造是怎样的？ 轮缘第7页/共70页第八页，共70页。GFN第8页/共70页第九页，共70页。第9页/共70页第十页，共70页。第10页/共70页第十一页，共70页。GFNa a：此时火车车轮：此时火车车轮(ch ln)(ch ln)受五个力：重力、支持力、外轨对轮缘的弹力，受五个力：重力、支持力、外轨对轮缘的弹力，牵引力，阻力。牵引力，阻力。b b：外轨对轮缘：外轨对轮缘(ln yun)(ln yun)的水平弹力提供火车转弯的的水平弹力提供火车转弯的向心力。向心力。第11页/共70页第十二页，共70页。258 10 N=vFmrn n第12页/共70页第十三页，共70页。FNGoF第13页/共70页第十四页，共70页。20vFmrn n=tan=Fmg合合0tan=vgrFNGF第14页/共70页第十五页，共70页。问题：当火车提速后，如何对旧的铁路问题：当火车提速后，如何对旧的铁路(til)弯道进行改弯道进行改 造？内外轨的高度差造？内外轨的高度差h如何确定？如何确定？ tan20mgrvmLhtgsinrvmLhmg2grvLh2因为角度因为角度(jiod)很小，所以很小，所以第15页/共70页第十六页，共70页。f静静第16页/共70页第十七页，共70页。第17页/共70页第十八页，共70页。第18页/共70页第十九页，共70页。GFNf第19页/共70页第二十页，共70页。问题：有谁知道飞机问题：有谁知道飞机(fij)转弯的向心力是由谁提供的吗？转弯的向心力是由谁提供的吗？ 视频：气流的升力、重力。与汽车转弯视频：气流的升力、重力。与汽车转弯(zhun wn)类似的受力分析类似的受力分析 第20页/共70页第二十一页，共70页。A2一辆赛车以相当高的速度一辆赛车以相当高的速度v0进入一较宽的水平圆弧进入一较宽的水平圆弧形弯道，设赛车做匀速圆周运动形弯道，设赛车做匀速圆周运动(yndng)，为了保证，为了保证顺利通过弯道，下列措施可行的是顺利通过弯道，下列措施可行的是()A靠近弯道靠近弯道内侧内侧 B靠近弯道外侧靠近弯道外侧 C通过弯道中间通过弯道中间 D通过弯道的什么位置均可通过弯道的什么位置均可B第21页/共70页第二十二页，共70页。AD第22页/共70页第二十三页，共70页。铁路(til)的弯道火车火车(huch)车车轮的构造轮的构造火车火车(huch)车车轮有突出的轮缘轮有突出的轮缘第23页/共70页第二十四页，共70页。FNFG铁路铁路(til)的弯道的弯道(1)内外(niwi)轨道一样高时转弯火车车轮火车车轮(ch ln)受受三个力：重力、支持力三个力：重力、支持力、外轨对轮缘的弹力、外轨对轮缘的弹力.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第24页/共70页第二十五页，共70页。火车火车(huch)转弯转弯外轨略高于外轨略高于内轨内轨第25页/共70页第二十六页，共70页。重力重力G G 和支持力和支持力N N 的合力的合力(hl)(hl)提供提供向心提供提供向心力力合FG(2)(2)、外轨略高于内轨：、外轨略高于内轨：第26页/共70页第二十七页，共70页。FNGOF合合第27页/共70页第二十八页，共70页。FNGOF合合tanvgRrvmFn2第28页/共70页第二十九页，共70页。GFNFGFNF时，即当合ngrvFFtan时，即当合ngrvFFtan 火车转弯时的速度火车转弯时的速度(sd)太大行吗？火车以怎样的速度太大行吗？火车以怎样的速度(sd)转弯最好呢？转弯最好呢？第29页/共70页第三十页，共70页。hLLgRhv =30m/s第30页/共70页第三十一页，共70页。汽车转弯汽车转弯在水平在水平(shupng)路面上转弯路面上转弯rvmFFnf2转弯时所需的向心力与转弯时的速率转弯时所需的向心力与转弯时的速率(sl)及半径及半径有关，如果转弯时的速率有关，如果转弯时的速率(sl)过大，静摩擦力将过大，静摩擦力将不能满足转弯需要，汽车将侧滑。不能满足转弯需要，汽车将侧滑。OmgFNFf受力分析受力分析(fnx)第31页/共70页第三十二页，共70页。 车受重力车受重力mg及路面的弹力及路面的弹力FN作用作用 这两个这两个(lin )力的合力力的合力F水平并水平并指向圆周弯道的圆心，充当向心力，指向圆周弯道的圆心，充当向心力，由图可知由图可知:Fmgtan Rvm2mgtanRgv2arctan汽车汽车(qch)转弯转弯什么方案更什么方案更好？好？第32页/共70页第三十三页，共70页。为了防止汽车在水平路面上转弯时出现为了防止汽车在水平路面上转弯时出现“侧侧滑滑”的现象，可以：的现象，可以：( ) a、增大、增大(zn d)汽车转弯时的速度汽车转弯时的速度 b、减小汽车转弯时的速度、减小汽车转弯时的速度 c、增大、增大(zn d)汽车与路面间的摩擦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汽车转弯汽车转弯(zhun wn)及时练及时练bc第33页/共70页第三十四页，共70页。第34页/共70页第三十五页，共70页。第35页/共70页第三十六页，共70页。 例、汽车质量为例、汽车质量为m，通过桥最高点速度，通过桥最高点速度(sd)为为v，桥半径，桥半径 为为r，求汽车在桥顶时对路面的压力是多大？，求汽车在桥顶时对路面的压力是多大？ 二、竖直(sh zh)平面内的圆周运动第36页/共70页第三十七页，共70页。当当2vGNmr2vNGmr可见汽车的速度可见汽车的速度(sd)(sd)越大对桥的压力越小。越大对桥的压力越小。vgr NGv时汽车对桥的压力为零。（临界速度）时汽车对桥的压力为零。（临界速度）当当大于大于临界临界时，汽车做什么运动？时，汽车做什么运动？汽车过桥问题第37页/共70页第三十八页，共70页。泸定桥第38页/共70页第三十九页，共70页。2vNGmr2vNGmGrNGv第39页/共70页第四十页，共70页。rvmGN2rvmGN2N=GGGGNNN第40页/共70页第四十一页，共70页。思考思考(sko)与讨论与讨论 地球可以看作一个巨大地球可以看作一个巨大(jd)的拱型桥，其半径就是的拱型桥，其半径就是地球半径地球半径R（R=6400km），若汽车不断加速，则地面对），若汽车不断加速，则地面对它的支持力就会变小，汽车速度多大时，支持力会变成它的支持力就会变小，汽车速度多大时，支持力会变成零？零？第41页/共70页第四十二页，共70页。RvmmgFN2mgFNrvmFmgN2根据牛顿根据牛顿第二定律第二定律：第42页/共70页第四十三页，共70页。绳球模型 如图所示，小球(xio qi)在竖直平面内做圆周运动过最高点情况，软绳（或轨道）对小球(xio qi)只能产生拉力（或压力）的作用，小球(xio qi)在最高点时第43页/共70页第四十四页，共70页。F=rvm2提供物体做圆周运动的向心力物体做圆周运动所需要的向心力当 “供”“需”平衡(pnghng)时，物体做圆周运动第44页/共70页第四十五页，共70页。 1.一辆卡车在丘陵地匀速行驶,地形如图所示,由于轮胎太旧,途中(t zhn)爆胎,爆胎可能性最大的地段应是( ) A. a处 B. b处 C. c处 D. d处拱形(n xn)桥和凹形桥abcdD 2.一辆质量(zhling)为4t的汽车驶过半径为50m的凸形桥面时,始终保持5m/s的速率.汽车所受的阻力为车对桥面压力的0.05倍.通过桥的最高点时汽车牵引力是多少N.(g=10m/s2)NFkNfFrvmNmg19002 第45页/共70页第四十六页，共70页。第46页/共70页第四十七页，共70页。第47页/共70页第四十八页，共70页。第48页/共70页第四十九页，共70页。三：航天器中的失重(sh zhng)现象 航天员在航天器中绕地球做匀速圆周运动时，航天员只受地球引力，引力为他提供了绕地球做匀速圆周运动所需的向心力F=mv2/R,所以(suy)处于失重状态。第49页/共70页第五十页，共70页。v2rFN mgmv gr当当 时，座舱对航天员的支持力时，座舱对航天员的支持力FN0 ，航天员处于完全失重。航天员处于完全失重。v2rmgFNm求：座舱对航天员的支持力为多少？求：座舱对航天员的支持力为多少？第50页/共70页第五十一页，共70页。做圆周运动的物体，由于本身的惯性做圆周运动的物体，由于本身的惯性(gunxng)(gunxng)，总有沿着圆周切线方向飞去，总有沿着圆周切线方向飞去的倾向的倾向. .当当F= 0时，物体时，物体(wt)沿切线方向飞沿切线方向飞出出第51页/共70页第五十二页，共70页。四、离心四、离心(lxn)运动运动1.离心运动：做匀速圆周运动的物体，在所受合力突然消失(xiosh)，或者不足以提供圆周运动所需的向心力的情况下，就做逐渐远离圆心的运动。第52页/共70页第五十三页，共70页。离心运动离心运动做圆周运动的物体做圆周运动的物体(wt)，在所受合，在所受合外力消失或不足以提供所需的向心外力消失或不足以提供所需的向心力时，就做逐渐远离圆心的运动，力时，就做逐渐远离圆心的运动，这种运动叫做离心运动这种运动叫做离心运动3.说明：物体说明：物体(wt)做离心运动的根做离心运动的根本原因是本原因是“惯性惯性”造成的造成的第53页/共70页第五十四页，共70页。4.4.离心运动离心运动(yndng)(yndng)的应用的应用1 1）、离心）、离心(lxn)(lxn)干燥器干燥器2 2）、洗衣机脱水桶）、洗衣机脱水桶(shu tn)(shu tn)第54页/共70页第五十五页，共70页。3）、用离心机把体温计的水银柱甩回下面(xi mian)的液泡内4.4.离心离心(lxn)(lxn)运动的应运动的应用用4）、制作(zhzu)“棉花”糖第55页/共70页第五十六页，共70页。5.、离心运动、离心运动(yndng)的的防止：防止：1 1）、在水平公路上行驶的汽车）、在水平公路上行驶的汽车(qch)(qch)转弯时转弯时F mr2F汽车(qch) 在水平公路上行驶的汽车，转弯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。如果转弯时速度静摩擦力提供的。如果转弯时速度过大，所需向心力过大，所需向心力F F大于最大静摩大于最大静摩擦力擦力FmaxFmax，汽车将做离心运动，汽车将做离心运动而造成交通事故。因此，在公路而造成交通事故。因此，在公路弯道处，车辆行驶不允许超过规弯道处，车辆行驶不允许超过规定的速度。定的速度。第56页/共70页第五十七页，共70页。第57页/共70页第五十八页，共70页。5.、离心、离心(lxn)运动的防止运动的防止第58页/共70页第五十九页，共70页。做圆周运动的物体，由于本身(bnshn)的惯性，总有沿着圆周切线方向飞去的倾向.小结(xioji) 当当F=m2r时，物体时，物体(wt)做匀速圆周做匀速圆周运动运动当当F= 0时，物体沿切线方向飞出时，物体沿切线方向飞出当当Fm2r时，物体逐渐远离圆心时，物体逐渐远离圆心当当Fm2r时，物体逐渐靠近圆心时，物体逐渐靠近圆心常见的离心干燥器等都是利用离心运动。第59页/共70页第六十页，共70页。供提供(tgng)物体做圆周运动的力需物体做匀速圆周运动所需的力F=rvm2匀速圆周运动Frvm2向心运动第60页/共70页第六十一页，共70页。1、要使原来做匀速圆周运动的物体(wt)做离心运动，可以怎么办？A、提高转速，使所需的向心力大于能提供(tgng) 的向心力B、减小或消失合外力思考思考(sko)并并讨论讨论第61页/共70页第六十二页，共70页。（离心(lxn)现象第62页/共70页第六十三页，共70页。 1.在水平铁路转弯处在水平铁路转弯处,往往使外轨略高于内轨往往使外轨略高于内轨,这是为了这是为了( )A.减轻减轻(jinqng)火车轮子挤压外轨火车轮子挤压外轨B.减轻减轻(jinqng)火车轮子挤压内轨火车轮子挤压内轨C.使火车车身倾斜，利用重力和支持力的合力提供转弯所需使火车车身倾斜，利用重力和支持力的合力提供转弯所需向心力向心力D.限制火车向外脱轨限制火车向外脱轨铁路(til)的弯道ACD第63页/共70页第六十四页，共70页。 2.若火车按铁路规定速率转弯时若火车按铁路规定速率转弯时,内、外轨对车轮皆无侧向压力内、外轨对车轮皆无侧向压力(yl),则则下列说法中正确的是（下列说法中正确的是（ ）A.当火车以小于规定速率转弯时当火车以小于规定速率转弯时,仅内轨对车轮有侧压力仅内轨对车轮有侧压力(yl) B.当火车以大于规定速率转弯时当火车以大于规定速率转弯时,仅外轨对车轮有侧压力仅外轨对车轮有侧压力(yl)C.当火车以大于规定速率转弯时当火车以大于规定速率转弯时,内轨对车轮有侧压力内轨对车轮有侧压力(yl) D.当火车以小于规定速率转弯时当火车以小于规定速率转弯时,外轨对车轮无侧压力外轨对车轮无侧压力(yl)ABD 3.在高速公路的拐弯处在高速公路的拐弯处,路面造的外高内低路面造的外高内低,设车向右拐弯时设车向右拐弯时,司机左侧路司机左侧路面比右侧要高一些面比右侧要高一些,路面与水平面间的夹角路面与水平面间的夹角(ji jio)为为.设拐弯路段是半径设拐弯路段是半径为为R的圆弧的圆弧,要使车轮与路面之间的横向（即垂直于前进方向）摩擦力等于要使车轮与路面之间的横向（即垂直于前进方向）摩擦力等于零零,车速应等于车速应等于_。（已知重力加速度为。（已知重力加速度为g） tangRvRvmtanmg2第64页/共70页第六十五页，共70页。第65页/共70页第六十六页，共70页。 解： 取A为研究对象， 受力分析如图(a) 有 滑块A刚 好离开轨道时，NA=0，则 依题意，在最高点处不离开轨道的速率应为 取B为研究对象，受力分析如图(b)有 由此得 当滑块B刚 离开轨道时，NB=0，则有 依题意，在最高点处不离开轨道的速率应为 第66页/共70页第六十七页，共70页。1222gRgRvvmR第67页/共70页第六十八页，共70页。gR3第68页/共70页第六十九页，共70页。第69页/共70页第七十页，共70页。