6.4生活中的圆周运动课件(共28张PPT)

(共28张PPT)
第四节 生活中的圆周运动
学习目标：
1.定性分析生活中圆周运动的向心力的来源
2.能分析火车转弯、汽车过拱、凹型桥的压力问题
3.能用牛顿第二定律分析圆周运动
4.知道航天器中的失重现象的本质，知道离心运动及其产生的条件
5.领会力与物体的惯性对运动状态变化所起的作用
火车车轮有突出的轮缘
火车、汽车拐弯
火车拐弯
若铁道的内外轨一样高，火车在转弯时，谁提供向心力？这个力需要多大？（已知：火车速度v为30m/s，弯道的半径R=900m，火车的质量m=8×105kg）
危害？
如何避免？
火车拐弯
铁 轨
轮 缘
外 轨
内 轨
转弯圆心
火车拐弯
若火车转弯时轨道倾角为5 ，此时要求轨道对轮缘无挤压作用，请问火车通过弯道时的最大速度是多少？（已知：转弯半径R=900m，tan5 =0.09）
F
FN
G
如果火车的速度大于此值，那么火车的受力情况会有什么改变？
如果火车的速度小于此值，那么火车的受力情况会有什么改变？
若已知拐弯速度为v，则需要轨道倾角为多少，火车才能不挤压轨道？
汽车拐弯
实例1：质量为2.0×103Kg的汽车在水平公路上行驶，轮胎与路面间的最大静摩擦力为2.5×104N，汽车经过半径为50m的弯路时，
如果汽车的车速达到10m/s，这辆车会不会发生侧滑。
如果车速达到30m/s，车将会怎样？
如果你是一个设计师，你能否对路面进行简单的设计，以减少对于轮胎的磨损。
汽车拐弯
实例2：在高速公路的拐弯处，通常路面都是外高内低，在某路段，汽车在左转弯时，汽车左侧的路面会比右侧的路面低一些，如果汽车的质量是2×103kg，汽 车的运动可以看做是做半径为50m的圆周运动，设路面的倾斜角度10o，已知重力加速度为10m/s2，要使车轮与路面间的横向摩擦力（垂直于前进方向）等于0，汽车转弯时的车速应该是多大？（tan10o=0.18）
如果汽车的速度大于该值，汽车又没有
与路面发生相对滑动，请分析一下汽车可
能的受力情况
N
mg
Fn
飞机拐弯时，谁提供向心力呢？请大家画出图示。
实例：如图所示，把质量为0.6kg的小物体A放在水平转盘上， A到转盘中心O点的距离为0.2m，若A与转盘间的最大静摩擦力为2N。（g＝10m/s2）求:
(1)转盘绕中心O以ω=2rad/ s的角速度旋转，A相对转盘静止时，转盘对A摩擦力的大小与方向。
O
A
(2)为使物体A相对转盘静止，转盘绕中心O旋转的角速度ω的最大值。
实例：如图所示，把质量为0.6kg的小物体A放在水平转盘上， A到转盘中心O点的距离为0.2m，若A与转盘间的最大静摩擦力为2N。 （g＝10m/s2）求:
(3)若用细绳一端系着物体A,一端固定在O点，A随水平转盘分别以2rad/ s、5rad/ s的角速度绕中心旋转时，绳对物体A拉力分别多大。
O
A
实例：如图所示，把质量为0.6kg的小物体A放在水平转盘上， A到转盘中心O点的距离为0.2m，若A与转盘间的最大静摩擦力为2N。 （g＝10m/s2）求:
(4)如图所示，用细绳一端系着物体A静止在水平转盘上，细绳另一端通过转盘中心的光滑小孔O吊着质量为0.3kg的小球B，A的重心到O点的距离为0.2m，为使小球B保持静止，求转盘绕中心O旋转的角速度ω的取值范围。
O
A
B
离心现象
供=需：圆周运动
供>需：向心运动
供<需：离心运动
指向圆心方向的合力
mv2/r
供
需

离心现象
转动雨伞时水滴被甩出去。
离心干燥器
转动的雨伞
洗衣机中的脱水桶高速旋转时，能把衣服上的水甩出。
作业
完成课本38-39页1-5题
竖直面的圆周运动
碗口朝下时水不流出的条件？
生活中还有相似的例子吗？
拱凹桥，超失重问题
1
A
B
C
汽车以相同的速度通过以上
ABC三点，在那点最容易爆胎？
根据哪个物理量判断？
如果在c点速度足够大将出现什么现象？
竖直面的圆周运动---应用1
拱形桥：公路上常有拱形桥, 汽车过桥时可看成圆周运动.质量为m=800 kg的小汽车通过拱桥,到达桥顶的速度为v,设桥面的圆弧半径为r=50 m,地球表面的重力加速度g=10 m/s2.
(1)如果v=5 m/s,求汽车对桥的压力.
(2)如果v不断增大,会发生什么现象
(3) v 为多大时,汽车恰好对桥没有压力而腾空
(4)对于同样的车速,为了安全,拱桥的半径是大
一些好还是小一些好
拱桥问题
拱形桥：公路上常有拱形桥, 汽车过桥时可看成圆周运动.质量为m=800 kg的小汽车通过拱桥,到达桥顶的速度为v,设桥面的圆弧半径为r=50 m,地球表面的重力加速度g=10 m/s2.
(5)如果拱桥的半径增大到等于地球半径R=6400 km,汽车要在桥面上腾空飞行,速度v为多大
(6)如果汽车(航天器)内的驾驶员(宇航员)的质量为m0,此时受到的支持力为多大 驾驶员有什么感觉
拱形桥：公路上常有拱形桥, 汽车过桥时可看成圆周运动.质量为m=800 kg的小汽车通过拱桥,到达桥顶的速度为v,设桥面的圆弧半径为r=50 m,地球表面的重力加速度g=10 m/s2.
(7)如果将拱形桥建成凹形桥,汽车以速度v通过凹形桥的最低点时,对桥的压力为多大
(8)你生活中见过凹形桥吗 为什么
(凹形桥是存在的,在过水路面有时需要修建凹形桥)
用长为l的轻绳系质量为m的小球,使其在竖直平面内作圆周运动,已知重力加速度为g.
(1)若小球过最高点的速度为v,写出绳对小球拉力F的表达式.
(2)求小球过圆周最高点的最小速度v0.
(3)若小球过最高点的速度v=2v0,求此时绳对小球的拉力F.
绳连球问题（水流星与过山车模型）
竖直面的圆周运动---应用2
(4)小球在竖直平面内做的是匀速圆周运动吗？
思考1：当杯子转动到最高点时，要让杯中的水不流出来，速度是越大越好还是越小越好？为什么？
演示水流星实验
实例：在水流星实验中，如果细绳的长度为l，水杯可以看作质点，使它在竖直平面内做圆周运动，保证水在最高处不会流出来。
画图分析受力，水不流出来的临界条件是杯底对水的压力等于零。所以完全由重力提供向心力时，就能得出在最高点的最小速度。
mg
N
思考3:如果在最高点时,细绳松弛了,水会流出来吗？
思考2:在最高点,当水对杯底存在压力时,水会流出来吗
思考4：要使水不流出来，水会受到几个力的作用？
v最小=√gl
实例：游乐场的过山车有一个竖直平面上的圆周轨道,过山车的车厢沿着圆周轨道在竖直平面内做圆周运动。将车厢想象成为一个小球,相当于小球在内轨道上做圆周运动。假设轨道半径为r，要是小球能在竖直平面内圆周运动不掉下，在最高点的最小速度是多少？
v
R
m
v
筋斗环 过山车
G
N
G
N
如果用长为l的轻杆代替轻绳固定一个质量为m的小球,使其在竖直平面内作圆周运动,已知重力加速度为g.
(1)求小球过最高点时的最小速度v.
(2)若在最高点杆对小球的作用力大小为零,求小球的速度为v0.
(3)若在最高点小球的速度为2v0,求杆对小球的作用力的大小和方向.
(4)若在最高点小球的速度为v0/2,求杆对小球的作用力的大小和方向.
杆连球问题（水流星与过山车模型）
竖直面的圆周运动---应用2
练习：飞机在竖直面内做俯冲拉起运动时，可以看作是圆周运动。如图所示，若在最低点附近作半径为R=200m的圆周运动，飞行员的质量为m=70kg,飞机经过最低点P时的速度v=360km/h，试计算在最低点P时飞行员对座位的压力是多大？(g=10m/s2)
P
FN=4200N
解:以飞行员为研究对象,分析受力.
FN
mg
（海淀区2019年期中）10．无偿献血、救死扶伤的崇高行为，是文明社会的标志之一。现代献血常采用机采成分血的方式，就是指把健康人捐献的血液，通过血液分离机分离出其中某一种成分（如血小板、粒细胞或外周血干细胞）储存起来，再将分离后的血液回输到捐献者体内。分离血液成分需要用到一种叫离心分离器的装置，其工作原理的示意图如图8所示，将血液装入离心分离器的封闭试管内，离心分离器转动时给血液提供一种“模拟重力”的环境，“模拟重力”的方向沿试管远离转轴的方向，其大小与血液中细胞的质量以及其到转轴距离成正比。
初始时试管静止，血液内离转轴同样距离处有两种细胞a、b，其密度分别为ρa和ρb，它们的大小与周围血浆密度ρ0的关系为ρa<ρ0<ρb。对于试管由静止开始绕轴旋转并不断增大转速的过程中，下列说法中正确的是 AC
A．细胞a相对试管向内侧运动，细胞b相对试管向外侧运动
B．细胞a相对试管向外侧运动，细胞b相对试管向内侧运动
C．这种离心分离器“模拟重力”对应的“重力加速度”沿转动半径方向向外侧逐渐变大
D．这种离心分离器“模拟重力”对应的“重力加速度”沿转动半径方向各处大小相同
作业
完成课本40页A组题