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1、生活中的圆周运动概念和公式1. 描述运动快慢的物理量描述运动快慢的物理量概念和公式1. 描述运动快慢的物理量描述运动快慢的物理量概念和公式1. 描述运动快慢的物理量描述运动快慢的物理量2. 描述转动快慢的物理量描述转动快慢的物理量概念和公式1. 描述运动快慢的物理量描述运动快慢的物理量2. 描述转动快慢的物理量描述转动快慢的物理量3. 向心加速度向心加速度3. 向心加速度向心加速度3. 向心加速度向心加速度4. 向心力向心力3. 向心加速度向心加速度4. 向心力向心力F“供需供需”平衡平衡 物体做匀速圆周运动提供的力所需的力向心力公式的理解 =从从“供供” “需需”两方面两方面研究做圆周运动的
2、物体二二. 铁路的弯道铁路的弯道1. 火车转弯时有向心加速度，是什么力火车转弯时有向心加速度，是什么力使它产生向心加速度？使它产生向心加速度？二二. 铁路的弯道铁路的弯道1. 火车转弯时有向心加速度，是什么力火车转弯时有向心加速度，是什么力使它产生向心加速度？使它产生向心加速度？2. 铁轨和车轮的结构如何？铁轨和车轮的结构如何？二二. 铁路的弯道铁路的弯道1. 火车转弯时有向心加速度，是什么力火车转弯时有向心加速度，是什么力使它产生向心加速度？使它产生向心加速度？2. 铁轨和车轮的结构如何？铁轨和车轮的结构如何？3. 为什么要这样的结构？为什么要这样的结构？二二. 铁路的弯道铁路的弯道1. 火
3、车转弯时有向心加速度，是什么力火车转弯时有向心加速度，是什么力使它产生向心加速度？使它产生向心加速度？2. 铁轨和车轮的结构如何？铁轨和车轮的结构如何？3. 为什么要这样的结构？为什么要这样的结构？4. 设每节车厢质量为设每节车厢质量为50吨，弯道半径吨，弯道半径200m，火车速度火车速度216km/h，估算火车转弯所需的向，估算火车转弯所需的向心力有多大？谁来提供这个向心力？会有什心力有多大？谁来提供这个向心力？会有什么样的后果？如何解决这个问题？么样的后果？如何解决这个问题？(g=10m/s2)二二. 铁路的弯道铁路的弯道轮缘轮缘轮轴轮轴轮轴轮轴火车车轮立体图火车车轮立体图轮缘轮缘轮缘轮缘
4、火车车轮平面图火车车轮平面图铁轨铁轨铁轨铁轨F 返回返回(1)先找圆心和半径。先找圆心和半径。 解决方案解决方案: :外轨略高于内轨外轨略高于内轨 (1)先找圆心和半径。先找圆心和半径。 (2)受力分析受力分析, 找向心力找向心力. FN GFN F合合Gyx外轨略高于内轨外轨略高于内轨外轨略高于内轨外轨略高于内轨GFN F合合故有：故有： 设铁轨路面倾斜角设铁轨路面倾斜角度为度为 ，则合外力为：，则合外力为： F合合=Gtan 设转弯处圆设转弯处圆弧半径为弧半径为R, h为为两轨内侧和外侧两轨内侧和外侧的高度差的高度差. L为两为两轨间距离轨间距离.向心力恰好由支持力和重力提供向心力恰好由支
5、持力和重力提供. (问问内外轨对火车轮缘是否有挤压内外轨对火车轮缘是否有挤压?)向心力恰好由支持力和重力提供向心力恰好由支持力和重力提供. (问问内外轨对火车轮缘是否有挤压内外轨对火车轮缘是否有挤压?)无挤压无挤压向心力恰好由支持力和重力提供向心力恰好由支持力和重力提供. (问问内外轨对火车轮缘是否有挤压内外轨对火车轮缘是否有挤压?)和重力提供的合力和重力提供的合力小于小于火车需要的向火车需要的向心力心力. (这时这时, 内外轨对火车轮缘是否有内外轨对火车轮缘是否有挤压挤压?) 无挤压无挤压向心力恰好由支持力和重力提供向心力恰好由支持力和重力提供. (问问内外轨对火车轮缘是否有挤压内外轨对火车
6、轮缘是否有挤压?)和重力提供的合力和重力提供的合力小于小于火车需要的向火车需要的向心力心力. (这时这时, 内外轨对火车轮缘是否有内外轨对火车轮缘是否有挤压挤压?) 外轨对轮缘有侧压力外轨对轮缘有侧压力无挤压无挤压和重力提供的合力和重力提供的合力大于大于火车需要的向火车需要的向心力心力.和重力提供的合力和重力提供的合力大于大于火车需要的向火车需要的向心力心力.内轨对火车轮缘有侧压力内轨对火车轮缘有侧压力.与需要的向心力F需之间的关系。对于匀速圆周运动的试题, 一定要分析需要的向心力与提供的向心力, 这样才不会弄错。列车速度过快，造成翻车事故赛道的设计1水平铁路拐弯处，往往使外轨水平铁路拐弯处，
7、往往使外轨 高于内轨，这是为了高于内轨，这是为了 ( )A减轻火车轮子挤压外轨减轻火车轮子挤压外轨B减轻火车轮子挤压内轨减轻火车轮子挤压内轨C使火车车身倾斜，提供转弯所使火车车身倾斜，提供转弯所 需的向心力需的向心力D限制火车向外脱轨限制火车向外脱轨2. 火车以某一速度火车以某一速度v通过某弯道时，内、通过某弯道时，内、 外轨道均不受侧压力作用，下面分析外轨道均不受侧压力作用，下面分析正确的是（正确的是（ )A. 轨道半径轨道半径R=v2/gB. 若火车速度大于若火车速度大于v时时, 外轨将受到侧压外轨将受到侧压 作用作用, 其方向平行轨道向外其方向平行轨道向外C. 若火车速度小于若火车速度小
8、于v时时, 外轨道将受到侧外轨道将受到侧 压作用压作用, 其方向其方向平行轨道向内平行轨道向内D. 当火车质量改变时当火车质量改变时, 安全速率也将安全速率也将 改变改变三三. 拱型桥和凹型桥拱型桥和凹型桥1. 设拱型桥面圆弧半径为设拱型桥面圆弧半径为R，质量为，质量为m的的汽车以速度汽车以速度v通过桥面，试求汽车在桥面通过桥面，试求汽车在桥面圆弧最高点时对桥面的压力圆弧最高点时对桥面的压力三三. 拱型桥和凹型桥拱型桥和凹型桥2. 请你说说这种桥的优点请你说说这种桥的优点1. 设拱型桥面圆弧半径为设拱型桥面圆弧半径为R，质量为，质量为m的的汽车以速度汽车以速度v通过桥面，试求汽车在桥面通过桥面
9、，试求汽车在桥面圆弧最高点时对桥面的压力圆弧最高点时对桥面的压力2. 请你说说这种桥的优点请你说说这种桥的优点3. 对于凹型桥，汽车在最低点时对桥面对于凹型桥，汽车在最低点时对桥面的压力比汽车的重量是大些还是小些？的压力比汽车的重量是大些还是小些？三三. 拱型桥和凹型桥拱型桥和凹型桥1. 设拱型桥面圆弧半径为设拱型桥面圆弧半径为R，质量为，质量为m的的汽车以速度汽车以速度v通过桥面，试求汽车在桥面通过桥面，试求汽车在桥面圆弧最高点时对桥面的压力圆弧最高点时对桥面的压力2. 请你说说这种桥的优点请你说说这种桥的优点3. 对于凹型桥，汽车在最低点时对桥面对于凹型桥，汽车在最低点时对桥面的压力比汽车
10、的重量是大些还是小些？的压力比汽车的重量是大些还是小些？三三. 拱型桥和凹型桥拱型桥和凹型桥4. 地球可看作是半径为地球可看作是半径为6400km的巨的巨型拱型桥，汽车的速度多大时，地型拱型桥，汽车的速度多大时，地面对汽车的支持力为零？这时驾驶面对汽车的支持力为零？这时驾驶员与座椅之间的压力如何？驾驶员员与座椅之间的压力如何？驾驶员躯体各部分之间的压力是多少？他躯体各部分之间的压力是多少？他这时可能有什么感觉？这时可能有什么感觉？5. 长度为长度为L=0.50m的轻质细杆的轻质细杆OA，A端有一质量为端有一质量为m=3.0kg的小球，如图所示。小的小球，如图所示。小球以球以O点为圆心在竖直平面
11、内做圆周运动，通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过最高点时小球的速率是2.0m/s，g取取10m/s2，则此时细杆则此时细杆OA受到受到( )A. 6.0N的拉力的拉力B. 6.0N的压力的压力C. 24N的拉力的拉力D. 24N的压力的压力ALOm四、航天器中的失重现象 设航天器绕地球做匀速圆周运动，设航天器绕地球做匀速圆周运动，飞行的轨道半径近似为地球半径飞行的轨道半径近似为地球半径R，航，航天员受到的引力近似等于他在地面测得天员受到的引力近似等于他在地面测得的体重的体重mg，则航天器的飞行速度为多大，则航天器的飞行速度为多大?此时飞船座舱对他的支持力为多大此时飞船
12、座舱对他的支持力为多大? 在航天器中，航天员处于完全失重状态。【小结小结】研究圆周运动的思路研究圆周运动的思路从从“供供”“”“需需”两方面来进行研究：两方面来进行研究：“供供”分析物体受力，求沿半径方分析物体受力，求沿半径方向的合外力；向的合外力；“需需”确定物体轨道，定圆心、找确定物体轨道，定圆心、找半径、用公式，求出所需向心力；半径、用公式，求出所需向心力；“供供”“”“需需”平衡则做圆周运动。平衡则做圆周运动。分析圆周运动问题的步骤分析圆周运动问题的步骤1. 确定研究对象；确定研究对象；2. 确定圆心、圆平面、圆半径等；确定圆心、圆平面、圆半径等；3. 分析受力；分析受力；4. 建立坐
13、标；建立坐标；5. 应用牛顿运动定律列方程并求解。应用牛顿运动定律列方程并求解。1. 正在做匀速圆周的质点，若向心力正在做匀速圆周的质点，若向心力突然消失，质点如何运动？突然消失，质点如何运动？四四. 离心运动离心运动1. 正在做匀速圆周的质点，若向心力正在做匀速圆周的质点，若向心力突然消失，质点如何运动？突然消失，质点如何运动？2. 若要做匀速圆周运动，提供的向心若要做匀速圆周运动，提供的向心力应满足什么条件？力应满足什么条件？ 四四. 离心运动离心运动1. 正在做匀速圆周的质点，若向心力正在做匀速圆周的质点，若向心力突然消失，质点如何运动？突然消失，质点如何运动？2. 若要做匀速圆周运动，
14、提供的向心若要做匀速圆周运动，提供的向心力应满足什么条件？力应满足什么条件？3. 若若“提供的提供的”大于大于“需要的需要的”，质，质点又如何运动？点又如何运动？ 提供物体提供物体做圆周运动沿做圆周运动沿半径方向的合半径方向的合力（来源）力（来源） 物体做物体做匀速圆周运匀速圆周运动所需的力动所需的力“供供”“”“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圆周运动圆周运动离心运动离心运动向心运动向心运动“供供”“”“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圆周运动圆周运动离心运动离心运动向心运动向心运动 提供物体提供物体做圆周运动沿做圆周运动沿半径方向的合半径
15、方向的合力（来源）力（来源） 物体做物体做匀速圆周运匀速圆周运动所需的力动所需的力 提供物体提供物体做圆周运动沿做圆周运动沿半径方向的合半径方向的合力（来源）力（来源） 物体做物体做匀速圆周运匀速圆周运动所需的力动所需的力“供供”“”“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圆周运动圆周运动离心运动离心运动向心运动向心运动 提供物体提供物体做圆周运动沿做圆周运动沿半径方向的合半径方向的合力（来源）力（来源） 物体做物体做匀速圆周运匀速圆周运动所需的力动所需的力“供供”“”“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圆周运动圆周运动离心运动离心运动向心运动向心运
16、动 1. 离心运动离心运动做匀速圆周运动的物体，在向心力做匀速圆周运动的物体，在向心力突然消失或合外力不足以提供做圆周运突然消失或合外力不足以提供做圆周运动的向心力时，做逐渐远离圆心的运动，动的向心力时，做逐渐远离圆心的运动，这种运动叫离心运动。这种运动叫离心运动。播放视频播放视频 离心运动离心运动2. 离心运动的应用：离心运动的应用：离心干燥器离心干燥器离心沉淀器离心沉淀器3. 离心运动的防止：离心运动的防止：汽车在公路转弯处的限速汽车在公路转弯处的限速转动的砂轮、飞轮限速转动的砂轮、飞轮限速3. 离心运动的防止：离心运动的防止：汽车在公路转弯处的限速汽车在公路转弯处的限速转动的砂轮、飞轮限
17、速转动的砂轮、飞轮限速【思考思考】如果物体实际提供的合力大于如果物体实际提供的合力大于所需的向心力，物体将做何运动？所需的向心力，物体将做何运动？1.飞机做特技表演时，常做俯冲拉起运飞机做特技表演时，常做俯冲拉起运动，如图所示，此运动在最低点附近可看做动，如图所示，此运动在最低点附近可看做是半径为是半径为500m的圆周运动。若飞行员的质量的圆周运动。若飞行员的质量为为65kg，飞机经过最低点时的速度为，飞机经过最低点时的速度为360km/h，则这时飞行员对坐椅的压力为多大则这时飞行员对坐椅的压力为多大?(g=10m/s2)2.原长为原长为L的轻弹簧一端的轻弹簧一端固定一小铁块，另一端连接在固定
18、一小铁块，另一端连接在竖直轴竖直轴OO上，小铁块放在水上，小铁块放在水平圆盘上。若圆盘静止，把弹平圆盘上。若圆盘静止，把弹簧拉长后将小铁块放在圆盘上，簧拉长后将小铁块放在圆盘上，使小铁块能保持静止的弹簧的最大长度为使小铁块能保持静止的弹簧的最大长度为5L/4，再将弹簧长度拉长到再将弹簧长度拉长到6L/5后，把小铁块放在圆盘后，把小铁块放在圆盘上，在这种情况下，圆盘绕其中心轴上，在这种情况下，圆盘绕其中心轴OO以一定以一定角速度匀速转动，如图所示，已知小铁块的质量角速度匀速转动，如图所示，已知小铁块的质量为为m，为使小铁块不在圆盘上滑动，圆盘转动的，为使小铁块不在圆盘上滑动，圆盘转动的角速度角速度最大不得超过多少最大不得超过多少?OO
