教科版高一物理必修二 第二章第3节 圆周运动的实例分析 (共25张PPT)

3 圆周运动的实例分析 汽 车 过 拱 形 桥 活动一问 题 1汽 车 静 止 在 桥 顶 与 通 过 桥 顶 对桥 的 压 力 一 样 吗 ？ 汽 车 过 桥 顶 问 题 应 如 何 处 理 ？ 问 题 2建 模 ： 竖 直 面 内 的 圆 周 运 动 Nmg v当 v gR 时 汽 车 对 桥 的 压 力 为 零追 问 ： 汽 车 对 桥 面 的 压 力 可 能 为 零 吗 ？ 根 据 牛 顿 第 三 定 律 得 ： F = N 失 重mg质 量 为 m的 汽 车 以 速 度 v通 过 拱 形 桥 最 高 点 时 ， 若 桥面 圆 弧 半 径 为 r， 则 汽 车 对 拱 桥 压 力 的 压 力 多 大 ？例 题 1 RvmNmg 2 RvmmgN 2 又 该 如 何 处 理 呢 ？ 有 凹 形 桥 吗 ？ 问 题 3 N可 见 汽 车 的 速 度 越 大 对 桥 的 压 力 越 大 v超 重 mgRvmmgN 2 mgRvmmgN 2 rvmNmg 2N = mg rvmmgN 2mgNmgNmgN问 题 4 通 常 情 况 下 应 设 计 成 哪 种 类 型 的 桥 ？ 汽 车 经 过 地 容 易 爆 胎思 考 （ 1） 明 确 对 象 ， 建 立 圆 周 运 动 模 型 ， 确 定 圆 心 和 半 径（ 2） 进 行 受 力 分 析 ， 画 出 受 力 分 析 图（ 3） 求 出 在 半 径 方 向 的 合 力 ， 即 向 心 力（ 4） 运 用 牛 顿 第 二 定 律 ， 结 合 匀 速 圆 周 运 动 特 点 列 方 程 求 解处 理 生 活 中 圆 周 运 动 的 一 般 步 骤 是 什 么 ？问 题 5 旋 转 秋 千 活动二旋 转 秋 千 问 题 应 如 何 处 理 ？ 问 题 3 体 重 不 同 的 人 坐 在 秋 千 上 旋 转 ， 上 面 的 夹 角 相 同 吗 ？ 问 题 2 缆 绳 与 中 心 轴 的 夹 角 与 哪 些 因 素 有 关 ？ 问 题 1 圆 锥 摆 运 动 建 模 mgTFOO LR长 为 L的 细 线 ， 栓 一 质 量 为 m的 小球 ， 一 端 固 定 于 O点 ， 让 其 在 水 平面 内 做 匀 速 圆 周 运 动 ， 即 为 圆 锥 摆运 动 。如 图 所 示 ， 摆 线 L与 竖 直 方 向 的 夹角 为 时 ,求 ：（ 1） 小 球 运 动 的 角 速 度 ；（ 2） 小 球 运 动 的 周 期 。 例 题 2 Lg 2cos gLT cos2 cosL g2tan sinmg m L 问 题 4如 图 所 示 ， 两 个 小 球 A和 B分 别 被 两 条 轻 绳 系 住 ， 在 同 一平 面 内 做 圆 锥 摆 运 动 ， 已 知 系 B的 绳 子 与 竖 直 线 的 夹 角为 ， 而 系 A的 绳 子 与 竖 直 线 的 夹 角 为 2， 关 于 A、 B两 小球 运 动 的 周 期 之 比 ， 下 列 说 法 中 正 确 的 是 （ ） A 1： 2 B 2： 1 C 1： 4 D 1： 1 火 车 转 弯 活动三火 车 在 水 平 轨 道 上 转 弯 ， 什 么 力 来 提 供 向 心 力 呢 ？ 问 题 2 火 车 转 弯 问 题 如 何 处 理 ？ 问 题 1 建 模 ： 水 平 面 内 的 圆 周 运 动 外轨内轨由 于 轮 缘 和 外 轨 挤 压 、 摩 擦 而 产 生 磨 损 ， 而 且 火 车 质 量 、 车速 越 大 时 ， 磨 损 越 厉 害 ， 这 不 是 一 种 最 佳 设 计 方 案 。外 轨 对 轮 缘 的 弹 力 F提 供 向 心 力 F 实 际 设 计 时 ， 使 转 弯 处 外 轨 略 高 于 内 轨思 考 ： 火 车 转弯 的 轨 道 平 面是 在 水 平 方 向上 还 是 在 与 斜面 平 行 的 方 向上 ？NFmg仔 细 观 察 ， 设 计 师 是 如 何 解 决 这 个 问 题 的 ？ 问 题 3 mgtan=mv02/R H=v02L/gR实 际 筑 路 时 ， 根 据 弯 转 半 径 和 规 定 行 驶 速 度 ， 确 定 内 外 轨 高 度 差 ，使 火 车 转 弯 时 向 心 力 几 乎 完 全 由 重 力 和 支 持 力 的 合 力 来 提 供实 际 设 计 中 ， 内 外 轨 高 度 差 又 如 何 确 定 呢 ？ 问 题 4由 于 较 小 ， tan=sin=H/LLHRv g0 临 界 速 度设 车 轨 间 距 为 L， 转 弯 半 径 为 R， 火 车 转 弯 时 速 度 v0 ，火 车 质 量 m。 要 使 轮 缘 对 铁 轨 的 侧 压 力 正 好 为 零 ， 两轨 间 高 度 差 H应 如 何 设 计 ？例 题 3 GN当 火 车 行 驶 速 率 vv临 界 时 F 当 火 车 行 驶 速 率 vv临 界 时GNF外 轨 对 轮 缘 有 侧 压 力 内 轨 对 轮 缘 有 侧 压 力列 车 速 度 过 快 ， 容 易 发 生 事 故 类 比 与 此 相 类 似 ， 盘 旋 的 鸟 或 飞 机 ,也 是 依 靠 倾 斜 获 取 所 需要 的 向 心 力拓 展 O mgN f gRvRvmmgf max2maxmax0 汽 车 拐 弯 的 向 心 力 由 谁 充 当 ？问 题 2 汽 车 拐 弯 为 什 么 会 发 生 侧 翻 呢 ？问 题 1 F rvm 2“ 供 需 ” 平 衡 ， 物 体 做 匀 速 圆 周 运 动提 供 物 体 做 匀 速 圆周 运 动 的 力 物 体 做 匀 速 圆 周 运动 所 需 的 力=从 “ 供 ” “ 需 ” 两 方 面 研 究 做 圆 周 运 动 的 物 体 离 心 运 动活动四 在 做 圆 周 运 动 时 ， 由 于 合 外 力 提 供 的 向 心 力 消 失 或 不 足 ，以 致 物 体 沿 圆 周 运 动 的 切 线 方 向 飞 出 或 远 离 圆 心 而 去 的 运 动 ，叫 做 离 心 运 动 。 2F mr0F 2F mr “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= rvm 2 匀 速 圆 周 运 动F rvm 2 向 心 （ 近 心 ） 运 动分 析 应 用 应 用离心浇铸 模 具 绕 一 固 定 轴 旋 转 ， 当 达 到 50转每 分 时 ， 将 融 化 了 的 液 态 金 属 倒 入其 中 ， 它 将 以 巨 大 的 惯 性 离 心 力 向模 具 壁 紧 压 ， 同 时 夹 杂 在 液 态 金 属里 的 气 体 和 熔 渣 ， 由 于 其 密 度 远 小于 液 态 的 金 属 ， 因 此 它 们 将 从 金 属里 被 分 离 出 来 。 按 此 法 浇 铸 出 的 金 属 零 件 密 实 、 均 匀 、 不 含 气 泡 和 裂痕 ， 大 大 提 高 了 使 用 寿 命 。 公 路 上 行 驶 的 汽 车 转 弯 时车 床 上 的 砂 轮 、 飞 轮 高 速 转 动 时防 止高 速 转 动 的 砂 轮 、 飞 轮 等 ， 都 不 得 超过 允 许 的 最 大 转 速 。 转 速 过 高 时 ， 砂轮 、 飞 轮 内 部 分 子 间 的 相 互 作 用 力 不足 以 提 供 所 需 向 心 力 ， 离 心 运 动 会 使它 们 破 裂 ， 酿 成 事 故 。gRv max 生 活 中 的 圆 周 运 动 问 题 ， 如 何 处 理 ？问 题 1小结如 何 从 供 需 平 衡 角 度 理 解 圆 周 运 动 、 离 心 运 动 ？问 题 2 当 F供 = F需 ， 做 圆 周 运 动当 F 供 F需 ， 做 向 心 (近 心 )运 动汽 车 过 拱 形 桥 ， 建 立 竖 直 面 内 圆 周 运 动 模 型旋 转 秋 千 ， 建 立 圆 锥 摆 运 动 模 型火 车 转 弯 ， 建 立 水 平 面 内 圆 周 运 动 模 型 请 同 学 们 课 后 自 己 做 一 个 “ 水 流 星 ” ， 体 验 思 考 一下 ， 水 为 什 么 不 会 洒 出 来 呢 ？思考