教科版高一物理必修二 第二章第3節(jié) 圓周運動的實例分析 (共25張PPT)

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1、3 圓周運動的實例分析 汽 車 過 拱 形 橋 活動一問 題 1汽 車 靜 止 在 橋 頂 與 通 過 橋 頂 對橋 的 壓 力 一 樣 嗎 ？ 汽 車 過 橋 頂 問 題 應 如 何 處 理 ？ 問 題 2建 模 ： 豎 直 面 內(nèi) 的 圓 周 運 動 Nmg v當 v gR 時 汽 車 對 橋 的 壓 力 為 零追 問 ： 汽 車 對 橋 面 的 壓 力 可 能 為 零 嗎 ？ 根 據(jù) 牛 頓 第 三 定 律 得 ： F = N 失 重mg質(zhì) 量 為 m的 汽 車 以 速 度 v通 過 拱 形 橋 最 高 點 時 ， 若 橋面 圓 弧 半 徑 為 r， 則 汽 車 對 拱 橋 壓 力 的

2、壓 力 多 大 ？例 題 1 RvmNmg 2 RvmmgN 2 又 該 如 何 處 理 呢 ？ 有 凹 形 橋 嗎 ？ 問 題 3 N可 見 汽 車 的 速 度 越 大 對 橋 的 壓 力 越 大 v超 重 mgRvmmgN 2 mgRvmmgN 2 rvmNmg 2N = mg rvmmgN 2mgNmgNmgN問 題 4 通 常 情 況 下 應 設 計 成 哪 種 類 型 的 橋 ？ 汽 車 經(jīng) 過 地 容 易 爆 胎思 考 （ 1） 明 確 對 象 ， 建 立 圓 周 運 動 模 型 ， 確 定 圓 心 和 半 徑（ 2） 進 行 受 力 分 析 ， 畫 出 受 力 分 析 圖（ 3）

3、 求 出 在 半 徑 方 向 的 合 力 ， 即 向 心 力（ 4） 運 用 牛 頓 第 二 定 律 ， 結 合 勻 速 圓 周 運 動 特 點 列 方 程 求 解處 理 生 活 中 圓 周 運 動 的 一 般 步 驟 是 什 么 ？問 題 5 旋 轉(zhuǎn) 秋 千 活動二旋 轉(zhuǎn) 秋 千 問 題 應 如 何 處 理 ？ 問 題 3 體 重 不 同 的 人 坐 在 秋 千 上 旋 轉(zhuǎn) ， 上 面 的 夾 角 相 同 嗎 ？ 問 題 2 纜 繩 與 中 心 軸 的 夾 角 與 哪 些 因 素 有 關 ？ 問 題 1 圓 錐 擺 運 動 建 模 mgTFOO LR長 為 L的 細 線 ， 栓 一 質(zhì) 量

4、為 m的 小球 ， 一 端 固 定 于 O點 ， 讓 其 在 水 平面 內(nèi) 做 勻 速 圓 周 運 動 ， 即 為 圓 錐 擺運 動 。如 圖 所 示 ， 擺 線 L與 豎 直 方 向 的 夾角 為 時 ,求 ：（ 1） 小 球 運 動 的 角 速 度 ；（ 2） 小 球 運 動 的 周 期 。 例 題 2 Lg 2cos gLT cos2 cosL g2tan sinmg m L 問 題 4如 圖 所 示 ， 兩 個 小 球 A和 B分 別 被 兩 條 輕 繩 系 住 ， 在 同 一平 面 內(nèi) 做 圓 錐 擺 運 動 ， 已 知 系 B的 繩 子 與 豎 直 線 的 夾 角為 ， 而 系 A

5、的 繩 子 與 豎 直 線 的 夾 角 為 2， 關 于 A、 B兩 小球 運 動 的 周 期 之 比 ， 下 列 說 法 中 正 確 的 是 （ ） A 1： 2 B 2： 1 C 1： 4 D 1： 1 火 車 轉(zhuǎn) 彎 活動三火 車 在 水 平 軌 道 上 轉(zhuǎn) 彎 ， 什 么 力 來 提 供 向 心 力 呢 ？ 問 題 2 火 車 轉(zhuǎn) 彎 問 題 如 何 處 理 ？ 問 題 1 建 模 ： 水 平 面 內(nèi) 的 圓 周 運 動 外軌內(nèi)軌由 于 輪 緣 和 外 軌 擠 壓 、 摩 擦 而 產(chǎn) 生 磨 損 ， 而 且 火 車 質(zhì) 量 、 車速 越 大 時 ， 磨 損 越 厲 害 ， 這 不 是

6、一 種 最 佳 設 計 方 案 。外 軌 對 輪 緣 的 彈 力 F提 供 向 心 力 F 實 際 設 計 時 ， 使 轉(zhuǎn) 彎 處 外 軌 略 高 于 內(nèi) 軌思 考 ： 火 車 轉(zhuǎn)彎 的 軌 道 平 面是 在 水 平 方 向上 還 是 在 與 斜面 平 行 的 方 向上 ？NFmg仔 細 觀 察 ， 設 計 師 是 如 何 解 決 這 個 問 題 的 ？ 問 題 3 mgtan=mv02/R H=v02L/gR實 際 筑 路 時 ， 根 據(jù) 彎 轉(zhuǎn) 半 徑 和 規(guī) 定 行 駛 速 度 ， 確 定 內(nèi) 外 軌 高 度 差 ，使 火 車 轉(zhuǎn) 彎 時 向 心 力 幾 乎 完 全 由 重 力 和 支

7、持 力 的 合 力 來 提 供實 際 設 計 中 ， 內(nèi) 外 軌 高 度 差 又 如 何 確 定 呢 ？ 問 題 4由 于 較 小 ， tan=sin=H/LLHRv g0 臨 界 速 度設 車 軌 間 距 為 L， 轉(zhuǎn) 彎 半 徑 為 R， 火 車 轉(zhuǎn) 彎 時 速 度 v0 ，火 車 質(zhì) 量 m。 要 使 輪 緣 對 鐵 軌 的 側 壓 力 正 好 為 零 ， 兩軌 間 高 度 差 H應 如 何 設 計 ？例 題 3 GN當 火 車 行 駛 速 率 vv臨 界 時 F 當 火 車 行 駛 速 率 vv臨 界 時GNF外 軌 對 輪 緣 有 側 壓 力 內(nèi) 軌 對 輪 緣 有 側 壓 力列 車

8、 速 度 過 快 ， 容 易 發(fā) 生 事 故 類 比 與 此 相 類 似 ， 盤 旋 的 鳥 或 飛 機 ,也 是 依 靠 傾 斜 獲 取 所 需要 的 向 心 力拓 展 O mgN f gRvRvmmgf max2maxmax0 汽 車 拐 彎 的 向 心 力 由 誰 充 當 ？問 題 2 汽 車 拐 彎 為 什 么 會 發(fā) 生 側 翻 呢 ？問 題 1 F rvm 2“ 供 需 ” 平 衡 ， 物 體 做 勻 速 圓 周 運 動提 供 物 體 做 勻 速 圓周 運 動 的 力 物 體 做 勻 速 圓 周 運動 所 需 的 力=從 “ 供 ” “ 需 ” 兩 方 面 研 究 做 圓 周 運

9、動 的 物 體 離 心 運 動活動四 在 做 圓 周 運 動 時 ， 由 于 合 外 力 提 供 的 向 心 力 消 失 或 不 足 ，以 致 物 體 沿 圓 周 運 動 的 切 線 方 向 飛 出 或 遠 離 圓 心 而 去 的 運 動 ，叫 做 離 心 運 動 。 2F mr0F 2F mr “供 ” “ 需 ” 是 否 平 衡 決 定 物 體 做 何 種 運 動供 提 供 物 體 做 圓 周運 動 的 力 需 物 體 做 勻 速 圓 周 運動 所 需 的 力F= rvm 2 勻 速 圓 周 運 動F rvm 2 向 心 （ 近 心 ） 運 動分 析 應 用 應 用離心澆鑄 模 具 繞 一

10、 固 定 軸 旋 轉(zhuǎn) ， 當 達 到 50轉(zhuǎn)每 分 時 ， 將 融 化 了 的 液 態(tài) 金 屬 倒 入其 中 ， 它 將 以 巨 大 的 慣 性 離 心 力 向模 具 壁 緊 壓 ， 同 時 夾 雜 在 液 態(tài) 金 屬里 的 氣 體 和 熔 渣 ， 由 于 其 密 度 遠 小于 液 態(tài) 的 金 屬 ， 因 此 它 們 將 從 金 屬里 被 分 離 出 來 。 按 此 法 澆 鑄 出 的 金 屬 零 件 密 實 、 均 勻 、 不 含 氣 泡 和 裂痕 ， 大 大 提 高 了 使 用 壽 命 。 公 路 上 行 駛 的 汽 車 轉(zhuǎn) 彎 時車 床 上 的 砂 輪 、 飛 輪 高 速 轉(zhuǎn) 動 時防

11、止高 速 轉(zhuǎn) 動 的 砂 輪 、 飛 輪 等 ， 都 不 得 超過 允 許 的 最 大 轉(zhuǎn) 速 。 轉(zhuǎn) 速 過 高 時 ， 砂輪 、 飛 輪 內(nèi) 部 分 子 間 的 相 互 作 用 力 不足 以 提 供 所 需 向 心 力 ， 離 心 運 動 會 使它 們 破 裂 ， 釀 成 事 故 。gRv max 生 活 中 的 圓 周 運 動 問 題 ， 如 何 處 理 ？問 題 1小結如 何 從 供 需 平 衡 角 度 理 解 圓 周 運 動 、 離 心 運 動 ？問 題 2 當 F供 = F需 ， 做 圓 周 運 動當 F 供 F需 ， 做 向 心 (近 心 )運 動汽 車 過 拱 形 橋 ， 建 立 豎 直 面 內(nèi) 圓 周 運 動 模 型旋 轉(zhuǎn) 秋 千 ， 建 立 圓 錐 擺 運 動 模 型火 車 轉(zhuǎn) 彎 ， 建 立 水 平 面 內(nèi) 圓 周 運 動 模 型 請 同 學 們 課 后 自 己 做 一 個 “ 水 流 星 ” ， 體 驗 思 考 一下 ， 水 為 什 么 不 會 灑 出 來 呢 ？思考