高中物理《生活中的圆周运动课件》课件一（28张PPT）（新人教版必修2）

欢迎进入物理课堂 5 8生活中的圆周运动 一 铁路的弯道 1 火车做匀速直线运动和匀速转弯运动状态是否相同 G FN F弹 2 火车在转弯时 若内外轨是相平的 铁轨如何对火车提供水平方向的向心力 a 此时火车车轮受三个力 重力 支持力 外轨对轮缘的弹力 b 外轨对轮缘的水平弹力提供火车转弯的向心力 轮缘与外轨间的相互作用力太大 铁轨和车轮极易受损 3 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 例1 火车速度为30m s 弯道的半径R 900m 火车的质量m 8 105kg 转弯时轮缘对轨道侧向的弹力多大 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 4 为了减轻铁轨的受损程度 你能提出一些可行的方案吗 例2 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 知 当v v0时 当v v0时 当v v0时 轮缘不受侧向压力 轮缘受到外轨向内的挤压力 轮缘受到内轨向外的挤压力 讨论 由 问题 汽车转弯 情况又如何呢 如果汽车的速度很大 会出现什么情况呢 有什么解决措施 汽车转弯时的措施 把转弯处的道路修成外高内低 FN 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 FN G即汽车对桥的压力小于其所受重力 处于失重状态 3 汽车过凸桥时 在最高点时 车对凸桥的压力又怎样 二 拱形桥 当汽车行驶速度越大 汽车对桥面的压力越小 当时 压力FN为零 处于完全失重状态 4 若汽车的运动速度变大 压力如何变化 二 拱形桥 思考与讨论 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 地面对车的支持力是零 这时驾驶员与座椅之间的压力是多少 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FN 由 得 当时 座舱对他的支持力FN 0 航天员处于完全失重状态 四 离心运动 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 物体做圆周运动要满足什么条件 当F合 Fn 做圆周运动 当F合 0或F合 Fn时 受到的F合 指向圆心的合力圆周运动需要的 当F合 Fn 做向心 近心 运动 做离心运动 FN G 二 凹桥 小结 一 火车转弯 当时 压力FN为零 航天员处于完全失重状态 三 凸桥 四 离心运动 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 Fn 做圆周运动 当F合 0或F合 Fn时 做离心运动 当F合 Fn 做向心 近心 运动 例3 已知火车速度为30m s 弯道的半径r 900m 火车的质量为8 105kg 1 转弯时所需要的向心力多大 2 若轨道不受轮缘的挤压 轨道与水平面的夹角 是多大 3 若轨距为d 1 4m 此时内外轨的高度差h是多少 很小时 近似有tan sin 4 若火车速度为40m s 此时轮缘的受力情况如何 课堂练习P59问题与练习1 2 3 4 5作业思考P60问题与练习1 2 4 6 8问题与练习参考解答 1 解 小螺丝钉做匀速圆周运动所需要的向心力F由转盘提供 根据牛顿第三运动定律 小螺丝钉将给转盘向外的作用力 转盘在这个力的作用下 将对转轴产生作用力 大小也是F F mr4 2n2 78877N 2 解 假设汽车不发生侧滑 完全由静摩擦力提供向心力 而需要的向心力的最大值 根据牛顿第二运动定律 为 F mv2 r 1 6 104N 1 4 104N所以静摩擦力不足以提供相应的向心力 汽车以72Km h的速度拐弯时 将会发生侧滑 3 解 1 汽车在桥顶部做圆周运动 重力G和支持力FN的合力提供向心力 即G FN mv2 r得汽车所受支持力FN G mv2 r 7440N根据牛顿第三运动定律得 汽车对桥顶的压力大小也是7440N 2 根据题意 汽车对桥顶没有压力时 即FN 0 对应的速度为V 22 1m 79 6Km h 3 汽车在桥顶做圆周运动 重力G和支持力FN的合力提供向心力 即G FN mv2 r 汽车所受支持力FN G mv2 r 对于相同的行驶速度 拱桥圆弧半径越大 桥面所受压力越大 汽车行驶越安全 4 根据第二问的结果 对应的速度为V0 得V0 7 9Km s 4 解 设小孩的质量为m 小孩到绳子的悬点的距离为L 小孩运动到最低点的速度大小为v 小孩在最低点受到支持力为FN 将最低点的重力势能定为0 以最高点为初状态 根据机械能守恒定律 或动能定理 得 mgL 1 cos60 mv2 2根据牛顿运动定律得 FN mg mv2 L解得FN mg 1 2 1 cos60 2mg 490N根据牛顿第三运动定律可知 秋千板摆到电低点时 小孩对秋千板的压力大小为490N 5 解 设物体的的质量为m 物体运动到圆轨道的最高点的速度为v 受到圆轨道的压力为FN 将物体在圆轨道最高点的重力势能定为0 以开始滚下点点为初状态 根据机械能守恒定律得mg h 2R mv2 2根据牛顿运动定律得 FN mg mv2 R解得h 由于FN 0 所以h 5R 2 即h至少为2 5R 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全