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1、7 7 7 7、生活中的圆周运动1 1、什么叫向心力？公式如何？、什么叫向心力？公式如何？ 知识回顾：知识回顾：2 2、解决圆周运动的基本步骤？、解决圆周运动的基本步骤？做匀速圆周运动的物体一定受到了指向圆心做匀速圆周运动的物体一定受到了指向圆心的合力，这个合力叫向心力。的合力，这个合力叫向心力。（4 4）根据）根据合力提供向心力，合力提供向心力，求解求解物体的受力物体的受力情况或运动情况。情况或运动情况。（1 1）明确）明确研究对象研究对象，画出轨迹画出轨迹，找出圆周，找出圆周的的圆心和半径圆心和半径；（2 2）对研究对象）对研究对象进行受力分析进行受力分析；（3 3）分析）分析向心力来源向
2、心力来源，求出指向圆心的求出指向圆心的合力合力；解决圆周运动问题的一般步骤：解决圆周运动问题的一般步骤：问题问题1 1：火车火车的脱轨、翻车事故容易出现在什么地方？的脱轨、翻车事故容易出现在什么地方？圆周运动的实例圆周运动的实例圆周运动的实例圆周运动的实例铁路的弯道处铁路的弯道处问题问题2 2：火车的翻车、脱轨会不会与车轮、铁轨的构造火车的翻车、脱轨会不会与车轮、铁轨的构造有关呢？火车向心力的来源是什么？有关呢？火车向心力的来源是什么？ 火车车轮内侧有火车车轮内侧有突出的轮缘突出的轮缘一、铁路的弯道一、铁路的弯道一、铁路的弯道一、铁路的弯道GGN N.靠这种办靠这种办法得到的向法得到的向心力缺
3、点是心力缺点是什么？什么？F F 外轨和外轮之间的外轨和外轮之间的磨损大磨损大，铁，铁轨轨容易受到损坏容易受到损坏，易导致事故。，易导致事故。铁路的弯道铁路的弯道 外轨对轮外轨对轮缘的缘的弹力弹力提提供向心力供向心力问题问题3 3：如果内外轨道一样高，铁轨容易受到损坏，如果内外轨道一样高，铁轨容易受到损坏，那么实际中的铁路弯道是如何设计的？那么实际中的铁路弯道是如何设计的？ 实际铁路弯道是倾斜的，实际铁路弯道是倾斜的，外轨高于内轨外轨高于内轨。让让重力和支持力的合力重力和支持力的合力提供部分向心力。提供部分向心力。在转弯处在转弯处外轨外轨略高于内轨略高于内轨FNGF合合GFNF F合合火车转弯
4、规定火车转弯规定临界速度临界速度: :解析：解析：外轨道之间均无挤压外轨道之间均无挤压【方案剖析方案剖析】时轮缘与内轨、时轮缘与内轨、如果火车转弯时如果火车转弯时V V实际实际VV临界，临界，会有什么后果？会有什么后果？如果火车转弯时如果火车转弯时V V实际实际VV临界，临界，会有什么后果？会有什么后果？讨论：讨论：GFNGFNFF轮缘与内、外轨道之间均轮缘与内、外轨道之间均无无挤压挤压轮缘挤压轮缘挤压外外轨道轨道轮缘挤压轮缘挤压内内轨道轨道综上所述，为保护轨道，火车转弯时的速度应尽可综上所述，为保护轨道，火车转弯时的速度应尽可能控制在能控制在_左右！左右！小结：小结：火车在外高内低的轨道转弯
5、时，若：火车在外高内低的轨道转弯时，若：【物理与生活物理与生活】 2008 2008年年4 4月月1818日，我国铁路进行了日，我国铁路进行了第六次大提速，时速将达第六次大提速，时速将达200200公里以上，公里以上，这必将为我国经济腾飞注入新的活力。这必将为我国经济腾飞注入新的活力。假设你是一位从事铁路设计的工程师，假设你是一位从事铁路设计的工程师，你认为火车提速有必要对铁路拐弯处进你认为火车提速有必要对铁路拐弯处进行改造吗？应如何改造？行改造吗？应如何改造？火车转弯需要满足火车转弯需要满足临界速度临界速度: :拱形桥拱形桥拱形桥拱形桥 公路上的拱形桥是常见的，汽车过桥时，也可以看做公路上的
6、拱形桥是常见的，汽车过桥时，也可以看做圆周运动。那么是什么力提供汽车的向心力呢？不同面圆周运动。那么是什么力提供汽车的向心力呢？不同面受力有什么不同？受力有什么不同？思考：思考：二、拱形桥二、拱形桥二、拱形桥二、拱形桥F压压FNmg水平桥水平桥拱形桥拱形桥凹形桥凹形桥汽车过桥汽车过桥 汽车质量为汽车质量为m m，通过桥，通过桥最低点速度为最低点速度为v v，桥半径为，桥半径为R R，则在最低点汽车对桥的压，则在最低点汽车对桥的压力为多大？力为多大？v2R FN mg + + m由牛顿第三定律得由牛顿第三定律得v2RF压压FN mg + + mv2R FNmgmFN mg若汽车通过凹若汽车通过凹
7、桥的速度增大，桥的速度增大，会出现什么情会出现什么情况？况？FNmg1.1.凹形桥凹形桥爆胎爆胎超重超重 一辆卡车在丘陵地匀速行驶一辆卡车在丘陵地匀速行驶, ,地形如图所示地形如图所示, ,由由于轮胎太旧于轮胎太旧, ,途中爆胎途中爆胎, ,爆胎可能性最大的地段应是爆胎可能性最大的地段应是( ( ) ) A. A. a a处处 B. bB. b处处 C. cC. c处处 D. dD. d处处a ab bc cd dD D当堂练习当堂练习 汽车质量为汽车质量为m m，通过，通过桥最高点速度为桥最高点速度为v v，桥半，桥半径为径为R R，则在最高点汽车，则在最高点汽车对桥的压力为多大？对桥的压力
8、为多大？mgFNv2R mgFNmv2R FN mgm由牛顿第三定律得由牛顿第三定律得v2RF压压FN mgmFN mg若汽车通过拱若汽车通过拱桥的速度增大，桥的速度增大，会出现什么情会出现什么情况？况？2.2.凸凸形桥形桥失重失重v2RmgmmgFN当当F FN N = = 0 0 时，汽车脱离桥面，做时，汽车脱离桥面，做平抛运动平抛运动，汽，汽车及其中的物体处于车及其中的物体处于完全失重状态完全失重状态。FN0 时，时，汽车在桥上汽车在桥上最高点的速最高点的速度多大？度多大？v gRv2RFN mgm2.2.凸凸形桥形桥FN =GGGGGGGNNNNNN失重失重超重超重小结：小结：小结：小
9、结：地球可以看做一个巨大的地球可以看做一个巨大的拱形桥，桥面的半径就是地球拱形桥，桥面的半径就是地球的半径。会不会出现这样的情的半径。会不会出现这样的情况：速度大到一定程度时，地况：速度大到一定程度时，地面对车的面对车的支持力是零支持力是零？这时驾？这时驾驶员与座椅之间的压力是多少驶员与座椅之间的压力是多少？思考与讨论思考与讨论该该“思考与讨论思考与讨论”中描述的情景其实已经实现，中描述的情景其实已经实现，不过不是在汽车上，而是在航天飞机中不过不是在汽车上，而是在航天飞机中 假设宇宙飞船总质量为假设宇宙飞船总质量为M M，它在地球表面，它在地球表面附近绕地球做匀速圆周运动附近绕地球做匀速圆周运
10、动, ,速率为速率为V V，其轨道，其轨道半径近似等于地球半径半径近似等于地球半径R R，航天员质量为，航天员质量为m m，宇宇宙飞船和航天员受到的地球引力近似等于他们宙飞船和航天员受到的地球引力近似等于他们在地面上的重力在地面上的重力试求座舱对宇航员的支持力试求座舱对宇航员的支持力通过求解你可以得出什么结论通过求解你可以得出什么结论? ?三、航天器中的失重现象三、航天器中的失重现象三、航天器中的失重现象三、航天器中的失重现象 对宇航员，重力提供向心力：对宇航员，重力提供向心力：mg= mvmg= mv2 2/r/r由此可以得出由此可以得出 宇航员处于宇航员处于完全失完全失重重状态状态 此时人
11、对座椅的此时人对座椅的压力为压力为零零F F= =r rv vm m2 2提供提供物体做物体做圆周运动的圆周运动的向心力向心力物体做圆周物体做圆周运动所运动所需要需要的向心力的向心力当当 “供供”“”“需需”平衡时，物体做圆周运动平衡时，物体做圆周运动想一想：当想一想：当 “供供”“”“需需”不平衡时，物体不平衡时，物体将如何运动呢？将如何运动呢？小结：小结：小结：小结：离心运动离心运动F F=0=0F FF F 绳栓着小球在水平面做匀速圆周运动时，绳栓着小球在水平面做匀速圆周运动时，小球所需的向心力由形变的绳产生的弹力提供。小球所需的向心力由形变的绳产生的弹力提供。若若m m、r r、一定，
12、向心力一定，向心力F F向向= =mm2 2r r。若突然松手，小球将若突然松手，小球将怎样运动？怎样运动？若绳的拉力若绳的拉力F F小于它做圆周运动的所小于它做圆周运动的所需的向心力，小球将怎样运动？需的向心力，小球将怎样运动？思考与讨论思考与讨论1.1.离心运动：离心运动：当向心力突然消失或者指向圆心的合力不当向心力突然消失或者指向圆心的合力不足时，物体做逐渐远离圆心的运动，叫做离心运动。足时，物体做逐渐远离圆心的运动，叫做离心运动。2.2.2.2.物体作离心运动的条件：物体作离心运动的条件：物体作离心运动的条件：物体作离心运动的条件：四、离心运动四、离心运动四、离心运动四、离心运动“供供
13、”“”“需需”是否平衡决定物体做何种运动是否平衡决定物体做何种运动OF合合 = = m2r，物体做匀速圆周运动，物体做匀速圆周运动F合合m2r ，物体逐渐，物体逐渐远离圆心远离圆心 F 合合= = 0 ，物体沿切线方向飞出，物体沿切线方向飞出0 F合合m2r向心、圆周、离心运动向心、圆周、离心运动供提供物体做圆提供物体做圆周运动的力周运动的力需物体做匀速圆周物体做匀速圆周运动所需的力运动所需的力小结小结F F F F供供供供= = = = F F F F需向需向需向需向 做什么运动？做什么运动？做什么运动？做什么运动？F F F F供供供供= = = = 0 0 0 0 做什么运动？做什么运动
14、？做什么运动？做什么运动？F F F F供供供供F F F F需向需向需向需向 做什么运动？做什么运动？做什么运动？做什么运动？F F F F供供供供F F F F需向需向需向需向 做什么运动？做什么运动？做什么运动？做什么运动？圆周圆周圆周圆周近心近心近心近心切线切线切线切线离心离心离心离心飞车走壁飞车走壁摩托车飞车走壁，请摩托车飞车走壁，请分析受力情况，解释分析受力情况，解释现象现象离离心心抛抛掷掷离离心心脱脱水水离离心心分分离离离离心心甩甩干干2 2、离心运动的应用、离心运动的应用 制作棉花糖的原理：制作棉花糖的原理：内筒与洗衣机的脱水筒相似，内筒与洗衣机的脱水筒相似，里面加入白砂糖，加
15、热使糖里面加入白砂糖，加热使糖熔化成糖汁。内筒高速旋转，熔化成糖汁。内筒高速旋转，黏稠的糖汁就做离心运动，黏稠的糖汁就做离心运动，从内筒壁的小孔飞散出去，从内筒壁的小孔飞散出去，成为丝状到达温度较低的外成为丝状到达温度较低的外筒，并迅速冷却凝固，变得筒，并迅速冷却凝固，变得纤细雪白，像一团团棉花。纤细雪白，像一团团棉花。2 2、离心运动的应用、离心运动的应用OF静静vOFv2 2、离心运动的防止、离心运动的防止二二. .拱形桥拱形桥 1.1.车过拱形桥时车过拱形桥时, ,对桥面的压力与重力比较对桥面的压力与重力比较 2.2.圆周运动中的超重、失重情况圆周运动中的超重、失重情况三三. .航天器中
16、的失重现象航天器中的失重现象重力提供自身做圆周运动向心力重力提供自身做圆周运动向心力 四四. .离心运动离心运动 1.1.离心现象的分析与讨论离心现象的分析与讨论 2.2.离心运动的应用和防止离心运动的应用和防止 火车转弯规定火车转弯规定: :一一. .铁路的弯道铁路的弯道 1.1.向心力的来源向心力的来源: :外轨高于内轨时外轨高于内轨时, ,重力与支持力的合重力与支持力的合 力是使火车转弯的向心力力是使火车转弯的向心力 2.2.转弯处的半径和火车运行速度的条件限制转弯处的半径和火车运行速度的条件限制. .课堂小结课堂小结课堂练习课堂练习2 2、质量、质量 m m=100t=100t的火车在
17、轨道上行驶的火车在轨道上行驶, ,火车内火车内外轨连线与水平面夹角为外轨连线与水平面夹角为37370 0 ，弯道半径，弯道半径R R=30m=30m。(1)(1)当火车的速度当火车的速度v v1 1=10m/s=10m/s时时, ,轨道何处受侧压轨道何处受侧压力力? ?方向如何方向如何? ?(2)(2)当火车的速度当火车的速度v v2 2=15m/s=15m/s时时, ,轨道何处受侧压轨道何处受侧压力力? ?方向如何方向如何? ?(3)(3)当火车的速度当火车的速度v v3 3=20m/s=20m/s时时, ,轨道何处受侧压轨道何处受侧压力力? ?方向如何方向如何? ?课堂练习课堂练习3 3、一辆质量、一辆质量 m m=2.0t=2.0t的小轿车，驶过半径的小轿车，驶过半径R R=100m=100m的一段圆弧形桥面。的一段圆弧形桥面。(1)(1)若桥面为若桥面为凹形凹形，汽车以，汽车以20m/s20m/s通过桥面最低通过桥面最低点时，对桥面的压力是多大？点时，对桥面的压力是多大？(2)(2)若桥面为若桥面为凸形凸形，汽车以，汽车以10m/s10m/s通过桥面最高通过桥面最高点时，对桥面的压力是多大？点时，对桥面的压力是多大？(3)(3)汽车以多大速度过凸形桥面顶点时，对桥汽车以多大速度过凸形桥面顶点时，对桥面面刚好没有压力刚好没有压力？
