5.5圆周运动的应用 课件-2024-2025学年高一下学期物理沪科版（2019）必修第二册

5.5圆周运动的应用 一、气体分子速度大小的测定 1920年，史特恩应用圆周运动规律测定气体分子的速率。 研究对象 运动状态 运动时间 等时性 气体分子速率 气体分子 圆筒 匀速直线运动 匀速转动 b 2 问题1：在铁路弯道处，内、外轨道的高度一样吗？ 二、火车在轨道上转弯 问题2：火车在弯道处行驶时，速度有要求吗？ 三、火车在轨道上转弯 车轮的构造 当火车在水平轨道上转弯时，向心力由哪些力来提供呢？ 由外轮缘和轨道之间的压力来提供向心力 会严重损耗车轮 1.水平轨道转弯 θ FN G O F合 θ 2.外轨高于内轨道时转弯 火车转弯所需的向心力的方向是在水平方向上而不是在与斜面平行的方向上。 外轨略高于内轨 6 6 当 v ＜ gR tanθ ： 当 v ＞ gR tanθ ： G FN θ 轮缘受到外轨向内的弹力 G FN θ F F 轮缘受到内轨向外的弹力 7 7 问题思考:为什么雨天汽车转弯时更容易发生侧滑？ 汽车在水平路面转弯时，有向外侧滑出的趋势，地面对车轮有指向内侧的静摩擦力，这个力提供汽车转弯时所需的向心力。 三、汽车转弯 mg FN Ff Ff 8 汽车在水平路面上转弯所需要的向心力来源:汽车侧向所受的静摩擦力。 O mg FN Ff 当汽车转弯的半径一定时,汽车的速度v越大,所需的向心力也越大,静摩擦力也越大,当静摩擦力为最大静摩擦力时: 改进措施: 1.增大转弯半径 2.增加路面的粗糙程度 3.最重要的一点:司机应该减速慢行 4.增加路面高度差——外高内低 （处理方法同火车转弯） 由此可见:当汽车转弯时,存在一个安全通过的最大速度,如果超过了这个速度,汽车将发生侧滑现象。 四,离心运动 四、离心现象 1.定义：做圆周运动的物体，在其所受合外力突然消失，或不足以提供圆周运动所需向心力的情况下，就做逐渐远离圆心的运动，这种现象叫作离心现象。 2.做离心运动的条件： “供”“需”是否平衡决定物体做何种运动 当 F＝mω2r 时，物体做匀速圆周运动； 当 F＝0 时，物体沿切线方向飞出； 当 F＜mω2r 时，物体逐渐远离圆心； 当 F＞mω2r 时，物体逐渐靠近圆心。 例题1：一辆质量m＝2×103kg的汽车以v＝20m/s的速度驶过半径为r＝50m的圆环形水平车道，这辆汽车会不会发生侧滑？已知轮胎与路面间的最大静摩擦力Ff静大＝1.4×104N。 G FN F静 汽车以该速度转弯所需的向心力为 13 例题2：如图，圆盘可绕通过中心且垂直于盘面的竖直轴匀速转动，角速度为ω，质量为m的木块与转轴之间距离为r，木块与圆盘之间的最大静摩擦力为Ff静大。分析木块相对于圆盘不发生滑动需要满足的条件。 G FN F静 圆盘对木块的静摩擦力提供向心力 木块相对于圆盘不发生滑动，静摩擦力足以提供转动时所需的向心力 即：Ff≥F向＝mω2r 又Ff静大=≥Ff 故不发生滑动的条件： Ff静大=≥mω2r 谁远谁先动 14 例题3：如图，半径为r的圆桶绕竖直中心轴匀速转动，角速度为ω，质量为m的物体靠在圆桶内壁与圆桶保持相对静止，它与圆桶的动摩擦因数为μ。分析物体相对于圆桶内壁不下滑需要满足的条件。 G Ff静 FN 圆桶对物体的弹力提供向心力FN＝mω2r 竖直方向上物体不下滑，Ff静＝G 又Ff静大＝Ff＝μFN ω越大，FN越大，Ff静大越大，物体越不容易下滑 μFN＝μmω2r＝mg 故不下滑的条件是 15 知识点1 拱形桥和凹形桥类模型特点及临界规律 知识点1 拱形桥和凹形桥类模型特点及临界规律 知识点2 常见绳杆模型特点及临界规律 知识点2 常见绳杆模型特点及临界规律 例题4一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( )，可能飞离路面的地段应是（ ） A. a处  B. b处   C. c处    D. d处 a b c d D A、C 例题5：质量为800kg的汽车驶上圆弧半径r为50m的拱形桥，以多大速率经过桥顶时恰好腾空，对桥没有压力？ v G 腾空时车对桥没有压力，桥对车也没有支持力，此时车的重力提供向心力 21 例题6：如图，过山车模型的圆轨道半径r，不计一切摩擦，为保证过山车能沿圆轨道安全经过最高点，过山车到达最高点的速度至少为多大？ G FN 到达最高点的速度越大，车与轨道之间的作用力越大，车越安全 当车与轨道之间的作用力为0时，可求出到达最高点的最小速度 22 学科网 rbm.xkw.com rbm.xkw.com rbm.xkw.com Lavf58.20.100 学科网版权所有 Lavf58.29.100 $$