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,圆周运动,*,*,第7节 生活中的圆周运动,摩托车飞车走壁,火车拐弯的时候轨道是什么形状？,火车拐弯的运动可以看做什么运动？,这个向心力由谁来提供呢？,一,、,铁,路,的,弯,道,火车车轮与铁轨的构造,踏面,（圆锥形不是圆柱形）,车轴,（将火车轮紧紧套在一起，形成轮对）,钢轨（轨道）,车轮,G,F,N,F,弹,火车在转弯时，若内外轨是一样高的，则火车转弯时由什么力提供向心力？,a,：此时火车车轮受五个力：重力、支持力、外轨对轮缘的弹力，,牵引力，阻力。,b,：,外轨对轮缘的水平弹力提供火车转弯的向心力。,不可取，因为火车质量太大，靠这种方法得到向心力，轮缘与外轨间的相互作用力太大，铁轨和车轮极易受损！,外轨对轮缘的水平弹力提供火车转弯的向心力，这种方法在实际中可取吗？为什么？,让重力和支持力的合力提供向心力，来减少外轨对轮缘的挤压。,F,N,G,o,F,为了减轻铁轨的受损程度，你能提出一些可行的方案吗？,例 若火车质量为,m,，转弯半径为,r,，要求轨道对轮缘无挤压作用，此时轨道倾角为,，请问火车的速度为多大？,F,N,G,F,火车以这个速度过弯最理想,知,:,当,v,=,v,0,时：,当,v,v,0,时：,当,v,G,，即汽车对桥的压力大于其所受重力，处于超重状态。,2,、汽车过凹桥时，在最低点时，车对凹桥的压力怎样？,二、拱形桥,1,、汽车静止在桥上与通过桥时的状态是否相同？,v,汽车过拱形(凸)桥,F,N,G,即汽车对桥的压力小于其所受重力，处于失重状态。,3,、汽车过拱形（凸）桥，在最高点时，车对拱形（凸）桥的压力又怎样？,v,汽车行驶速度越大，汽车对桥面的压力越小。当压力,F,N,为零时，汽车的速度,，汽车处于完全失重状态。,4,、汽车过凸桥时，若汽车的运动速度变大，压力如何变化？,如下图所示，汽车的运动能用上面的方法求解吗？,说一说：课本28页,F,牵,F,N,G,1,G,2,G,f,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？驾驶员躯体各部分之间的压力是多少？他这时可能有什么感觉？,三,.,航天器中的失重现象,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,F,N,由,得,当时,座舱对他的支持力,F,N,=0,航天员处于完全失重状态,.,视频1,航天器内的任何物体都处于完全失重状态，但并不是物体不受重力正因为受到重力作用才使航天器连同其中的乘员环绕地球转动,失重现象的本质：,四、离心运动：,视频2,A,做圆周运动的物体，在所受合外力突然消失或不足以提供圆周运动所需向心力时，就做逐渐远离圆心的运动，这种运动就叫离心运动。,返回,当,F,合,=F,n,，做圆周运动,当,F,合,=0,或,F,合,F,n,，做向心,(,近心,),运动,“,供”“需”是否平衡,决定物体做何种运动,供,提供物体做圆周运动的力,需,物体做匀速圆周运动所需的力,F,合,=,匀速圆周运动,F,合,向心（近心）运动,思考讨论：洗衣机的脱水筒是怎样甩干衣服的？,当衣服放入脱水筒,(,如图所示,),时，随筒一起做圆周运动，筒壁对衣服的作用力提供向心力，而衣服中所含的水所需要的向心力是由水与衣服之间的作用力提供的筒的转速很高时，衣服对水的作用力不足以提供水随衣服做圆周运动所需要的向心力时，水就做离心运动而离开衣服，从而把衣服甩干,用离心机把体温计的水银柱甩回玻璃泡内,当离心机转得比较慢时，缩口的阻力,F,足以提供所需的向心力，缩口上方的水银柱做圆周运动。当离心机转得相当快时，阻力,F,不足以提供所需的向心力，水银柱做离心运动而进入玻璃泡内。,制作“棉花”糖的原理：,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，并迅速冷却凝固，变得纤细雪白，像一团团棉花。,汽车转弯翻车,:,汽车转弯时速度过大，会因离心运动造成交通事故,F,N,G,二、凹桥,小结,一、火车转弯,:,v,F,N,F,合,G,当 时，压力,F,N,为零,。,航天员处于完全失重状态,三、凸桥,v,四,、,物体做圆周运动要满足什么条件？,当,F,合,=,F,n,，做圆周运动,当,F,合,=0,或,F,合,F,n,，做向心,(,近心,),运动,做离心运动,1,宇航员在围绕地球做匀速圆周运动的空间站中处于完全失重状态，下列说法正确的是,(,),A,宇航员仍受重力的作用,B,宇航员受力平衡,C,宇航员所受重力等于所需的向心力,D,宇航员不受重力的作用,AC,课堂训练,2、下列关于离心现象的说法正确的是(),A当物体所受的离心力大于向心力时产生离心现象,B做匀速圆周运动的物体，当它所受的一切力都突然消失后，物体将做背离圆心的圆周运动,C做匀速圆周运动的物体，当它所受的一切力都突然消失后，物体将沿切线做匀速直线运动,D做匀速圆周运动的物体，当它所受的一切力都突然消失后，物体将做曲线运动,答案：,C,3、,市内公共汽车在到达路口转弯前，车内广播中就要播放录音：“乘客们请注意，前面车辆转弯，请扶好扶手”，这样可以（）,、提醒包括坐着、站着的全体乘客拉好,扶手以免车辆转弯时可能向前倾倒,、提醒包括坐着、站着的全体乘客拉好,扶手以免车辆转弯时可能向后倾倒,、主要提醒站着的乘客拉好扶手以免车,辆转弯时可能向轨道外侧倾倒,、主要提醒站着的乘客拉好扶手以免车,辆转弯时可能向轨道内侧倾倒,答案：,C,4、在下面所介绍的各种情况中，哪种情况将出现超重现象(),荡秋千经过最低点的小孩汽车过凸形桥汽车过凹形桥在绕地球做匀速圆周运动的飞船中的仪器,A B,C D,答案：,B,5、“神舟”七号飞船在稳定飞行，如果宇航员翟志刚要在飞船中做一些物理实验，下面的实验仪器可以正常使用的是_,密度计水银气压计物理天平电流计电子秤摆钟水银温度计,答案：,圆周运动解题一般步骤,：,（1）明确研究对象；,（2）确定在哪个平面做圆周运动,找圆心和半径；,（3）确定研究的位置，受力分析，分析哪些力提供了向心力；,(4）据牛顿第二定律或向心力公式列方程。,6、汽车通过拱桥颗顶点的速度为10 ms时，车对桥的压力为车重的3/4。如果使汽车驶至桥顶时对桥恰无压力，则汽车的速度为(）,A、15 ms B、20 ms,C、25 ms D、30ms,B,7一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,D,8质量为,25 kg,的小孩坐在秋千板上，秋千板离拴绳的横梁,2.5 m,如果秋千板摆动经过最低点的速度为,3 m/s,，这时秋千板所受的压力是多大？,(,取,g,10 m/s,2,),答案：,340 N,9、,飞行速度为,100m/s,的飞机在高空沿半径为,r=200m,的竖直面内圆轨道俯冲到最低点时，,m=70kg,的飞行员对坐椅的压力是多大？（,g=10m/s,2,）,10、,在长为,L,的细绳下拴一质量为,m,的,小球，绳的上端固定，使小球在,水平面内做匀速圆周运动，把它,称为圆锥摆,（,1,）小球,A,做匀速圆周运动的向心力,来源是什么？,（,2,）小球做匀速圆周运动的角速度,m,L,水流星,过山车,竖直平面内圆周运动的几种模型,1.绳模型:物体沿竖直轨道内侧做圆周运动，物体在细绳作用下在竖直平面内做圆周运动，都是绳模型,最高点受力分析：,最低点受力分析：,绳模型的,临界,问题：,过最高点临界条件：绳子和轨道对物体刚好没有力的作用（重力全部用来提供向心力）,能过最高点条件：,v,v,临界,不能过最高点条件：,v,v,临界,物体在竖直平面内做圆周运动的,临界速度（最小速度）,2.杆模型：物体在竖直放置的光滑细管内做圆周运动，物体被一轻杆拉着在竖直平面内做圆周运动，都是杆模型,最高点：,若弹力向上，则：,若弹力向下，则：,最低点：,弹力一定向上，则：,当,v,=0时，,F,N,mg,（向心力为零）,（,F,N,为支持力，方向和指向圆心方向相反),当 时，,F,N,随v增大而减小，且,mg,F,N,0(,F,N,仍为支持力),当 时，,F,N,=0只有重力提供向心力,当 时，,F,N,随,v,增大而增大，且,F,N,0,（,F,N,为拉力，方向指向圆心）,临界条件：最高点的临界速度为零,如图所示的有杆支承的小球,在竖直平面作圆周运动:,杆模型的,临界,问题：,1.长度为L0.5m的轻质细杆OA，A端有一质量为m3.0kg的小球，如图所示，小球以O点为圆心在竖直平面内做圆周运动，通过最高点时小球的速率是2.0ms，g取10ms,2,，则此时细杆OA受到（）,A、6.0N的拉力,B、6.0N的压力,C、24N的拉力,D、24N的压力,A,L,O,m,图,5,o,A,B,2、长L0.5m，质量可以忽略的的杆，其下端固定于O点，上端连接着一个质量m2kg的小球A，A绕O点做圆周运动（同图5），在A通过最高点，试讨论在下列两种情况下杆的受力：,当A的速率v,1,1ms时,当A的速率v,2,4ms时,L,m,图,5,o,A,1)16N,竖直向上；,2,）,44N,，竖直向下,水流星问题：,3,、绳系着装水的桶，在竖直平面内做圆周运动，水的质量,m=0.5kg,，绳长,=40cm.,求,（,1,）桶在最高点水不流出的最小速率？,（,2,）水在最高点速率,=3m/s,时水对桶底的压力？,(g,取,10m/s,2,),2m/s,6.25N,
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