2.3.圆周运动的实例分析 课件 -2024-2025学年高一下学期物理教科版（2019）必修第二册

3．圆周运动的实例分析   向心力公式 = 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 生活中的圆周运动 汽车通过拱形桥 汽车通过拱形桥可以近似看作圆周运动。质量为 m 的汽车运动到拱桥的最高点时速度为v，桥面的圆弧半径为R，则此时汽车对桥面的压力为多大？ 试分析：当汽车的速度不断增大时，会有什么现象发生呢？ 汽车过桥时一般都会有一个限速，规定汽车的速度不能大于这个限速，就是因为上面的原因。 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。 当 时，汽车将脱离桥面，发生危险。 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 5 可加入地球 讨论交流 汽车通过凹形路面最低点时，汽车对地面的压力比汽车所受的重力大还是小？汽车的速度变大，汽车对凹形路面最低点的压力变小还是变大？ v FN G a 旋转秋千 问题： 1.胆小的人坐“旋转秋千”，选缆绳长的还是缆绳短的座位？ 2.质量不同的人坐在秋千上旋转时，绳的偏角更大吗？ α 如图所示为简化后的旋转秋千图。一根长为 l 的绳子下系质量为 m 的小球，给小球初速度使其在水平面做圆周运动。若：旋转时绳子与竖直方向的夹角为 α，则小球的角速度为多少？ r O l 圆锥摆 变式1：如同所示，细绳拉着A、B两球在同一水平面内做匀速圆周运动，比较他们周期、角速度、线速度的大小关系？ A B 小技巧：具有相同高度的圆锤摆周期相同 变式2：如同所示，长度不同的细绳拉着A、B两球在水平面内做匀速圆周运动，两细绳的偏角都为θ，比较他们周期、线速度、向心加速度的大小关系？ A B 小技巧：具有相同锥角的圆锤摆向心加速度相同 θ θ 例2:A、B两球在竖直放置的光滑圆锥筒内做匀速圆周运动，比较A、B的向心力、向心加速度、对壁压力、角速度、周期、线速度大小？ mg N F 小球的向心力： 由重力和支持力的合力提供 A θ θ B mgcotθ=mrω 2 =mv2/r 小技巧：在同一光滑圆锥筒内做匀速圆周运动的物体，向心加速度是相等的 倒立圆锥摆 问题:那么当火车转弯时，做圆周运动，那么是什么力提供火车的向心力呢？ 火车转弯 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 车轮结构图 转弯原理图 G N FN 水平弯道处转弯由什么力提供向心力？ 向心力由外侧轨道对车轮轮缘的挤压力提供. 且火车质量很大，故轮缘和外轨间相互作用力很大，易损坏铁轨。 内侧 外侧 θ F FN mg 怎样设计可以减少车轮与轨道受到的磨损？ 通常，将转弯处设计成外轨高于内轨，即支持力与重力的合力提供火车转弯的一部分向心力，从而减轻车轮与铁轨的磨损。 例1. 已知铁路拐弯处的圆弧半径为R，轨距为L，内外轨的高度差为h，为了使铁轨不受轮缘的挤压,火车运行的速度应该为多大？ F 实际中，铁轨修好以后h、R、L确定，g又为定值，所以火车转弯时的车速为一定值。 θ θ 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 F弹 F弹 思考： 如果超速行驶会怎么样？ 如果减速行驶呢? 汽车在水平路面转弯 有什么解决措施？ 汽车转弯 汽车转弯时的措施： 把转弯处的道路修成外高内低。 摩托车转弯 　摩托车转弯时，摩托赛车和人有一定角度的倾斜。这样的目的是为什么？ 由地面对车的静摩擦力提供 有关系，倾斜度越大，向心力越大 １、观察与思考 木块为什么会离开转盘？ 原因：物体所需的向心力　　　随着v的增大而增大， 但提供向心力的合力为静摩擦力，F≤Fmax 当F供＜　　　　时，产生离心现象。 四、离心运动 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。 离心运动定义 o F=mrω2 F>mrω2 F<mrω2 F=0 2、合外力与向心力的关系 “供”“需”是否平衡决定物体做何种运动 3、离心运动的运用 洗衣机脱水 转弯时为保证安全而要限速 离心运动的危害 F提供 < F所需 小结 4、当F提供 > F所需 时，物体做近心运动. 当F提供 = F所需 时，物体做圆周运动. 1、离心运动是物体逐渐远离圆心的一种物理现象,它不是沿半径方向飞出． 2、离心现象的本质是物体惯性的表现，而不是物体又受到什么“离心力”． 3、作离心运动的条件： 做匀速圆周运动的物体合外力消失或不足以提供所需的向心力。即 例1　一辆质量m＝2 t的轿车，驶过半径R＝90 m的一段凸形桥面，g＝10 m/s2，求： (1)轿车以10 m/s的速度通过桥面最高点时，对桥面的压力是多大？ (2)在最高点对桥面的压力等于零时，车的速度大小是多少？ （1）1.78×104 N（2）30 m/s 1.一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 a b c d D 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 例2　如图6所示，已知绳长为L＝0.2 m，水平杆长L′＝0.1 m，小球质量m＝0.3 kg，整个装置可绕竖直轴匀速转动.g取10 m/s2，问： (1)要使绳子与竖直方向成45°角，试求该装置必须以多大的角速度转动才行？ (2)此时绳子的张力多大？ 答案　(1)6.44 rad/s　(2)4.24 N 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，物体将做远离圆心的运动 1、下列关于离心现象的说法中正确的是 ( ) A、当物体所受的合外力大于向心力时产生离心现象 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 BC 2、为了防止汽车在水平路面上转弯时出现“打滑”的现象，可以：( ) a、增大汽车转弯时的速度　 b、减小汽车转弯时的速度 c、增大汽车与路面间的摩擦 d、减小汽车与路面间的摩擦 A、a、b B、a、c C、b、d D、b、c D 3、下列说法中正确的有：（ ） A、提高洗衣机脱水筒的转速，可以使衣服甩得更干 B、转动带有雨水的雨伞，水滴将沿圆周半径方向离开圆心 C、为了防止发生事故，高速转动的砂轮、飞轮等不能超过允许的最大转速 D、离心水泵利用了离心运动的原理 ACD $$