生活中的圆周运动(比赛).ppt

飞车走壁 摩托车飞车走壁,请分析受力情况,解释现象。 FN mg F 思考:过山车为什么在最高点也不会掉下来? 过山车 讨论 物做近心运动 ① 绳和内轨模型 理论研究 mg FN v 轨道提供支持力,绳子提供拉力。 v ② 杆儿和双轨模型 能过最高点的临界条件: 当速度v 时, 杆儿对小球是拉力; 当速度v 时, 杆儿对小球是支持力; 当速度v = 时, 杆儿对小球无作用力。 mg FN 讨论 FN=0 杆既可以提供拉力,也可以提供支持力。 FN FN 绳 杆 圆管 模型图 m的受力情况 最高点A的速度 重力、 绳的拉力 A O m B L 重力、杆的拉力或支持力 A O m B R 重力、外管壁的支持力或内管壁的支持力 竖直平面内的变速圆周运动 A O m B L 练习:用钢管做成半径为R=0.5m的光滑圆环(管径远小于R)竖直放置,一小球(可看作质点,直径略小于管径)质量为m=0.2kg在环内做圆周运动,求:小球通过最高点A时,下列两种情况下球对管壁的作用力。 取g=10m/s2 A的速率为1.0m/s A的速率为4.0m/s 　　 解： A O m 先求出杆的弹力为0的速率v0 mg=mv02/l v02=gl=5 v0=2.25 m/s (1) v1=1m/s v0 球应受到内壁向上的支持力N1,受力如图示: FN1 mg mg-FN1=mv12/l 得: FN1 =1.6 N (2) v2=4m/s v0 球应受到外壁向下的支持力N2 如图所示: A O m FN2 mg 则 mg+ FN2 =mv22/l 得 FN2 =4.4 N 由牛顿第三定律,球对管壁的作用力分别为:(1)对内壁1.6N向下的压力;(2)对外壁4.4N向上的压力。 如图所示,质量为M的电动机始终静止于地面,其飞轮上固定一质量为m的物体,物体距轮轴为r,为使电动机不至于离开地面,其飞轮转动的角速度ω应如何? r M m ω 解:当小物体转到最高点时,对底座,受到重力Mg和物体对底座的拉力T,为使电动机不至于离开地面,必须 T≤Mg;对物体,受到重力mg和底座对物体的拉力T。 M ω Mg T m mg T 由圆周运动规律有:mg+T = mω2r 即 mω2r≤(M+m)g 航天员在航天器中绕地球做匀速圆周运动时,航天员只受地球引力,引力为他提供了绕地球做匀速圆周运动所需的向心力F引=mv2/R,所以处于失重状态。 实例研究——失重现象 mg= mv2/R 由此可以得出v=(Rg)1/2 当 　时,座舱对他的支持力FN=0,航天员处于完全失重状态? 在绕地球做匀速圆周运动的宇宙飞船中的宇航员,除了地球引力外,还可能受到飞船座舱对他的支持力FN。 其实对于任何一个按惯性飞行(只受重力作用)的飞行器或容器,其中的所有物体都处于完全失重状态。 得 由 若在近轨道绕地球做匀速圆周运动: 做匀速圆周运动的物体,在一定条件下,做逐渐远离圆心的运动,这种运动叫离心运动。 １、观察与思考 观察实验现象回答下列问题 (1)木块为什么会离开转盘? (2)什么叫做离心运动? 原因：物所需的向心力　　随着v的增大而增大, 但提供向心力的合力为静摩擦力 Ff ≤ Ffmax 当Ffmax ＜ 　　　时,产生离心现象。 实例研究——离心现象 3、离心运动的应用和防止 (1)离心运动的应用 ①甩干雨伞上的水滴 ②链球运动 在田径比赛中,链球项目就是得用离心现象来实现投掷的。链球的投掷是通过预摆和旋转来完成的,运动员手持链球链条的一端,在链球高速旋转时,突然松手,拉力消失,链就沿切线方向飞出去。 在雨天,我们可以通过旋转雨伞 的方法甩干雨伞上的水滴,旋转时,当转动快到一定的程度时,水滴和雨伞之间的附着力满足不了水滴做圆周运动所需的向心力,水滴就会做远离圆心的运动而被甩出去。 把湿布块放在离心干燥器的金属网笼里,网笼转得比较慢时,水滴跟物体的附着力 F足以提供所需要的向心力,使水滴做圆周运动,当网笼转的比较快时,附着力 F 不足以提供所需要的向心力,于是水滴做离心运动,穿过网孔,飞到网笼外面。洗衣机的脱水筒也是利用离心运动把湿衣服甩干的。 ③离心干燥器 o Fmω2r F v (2)离心运动的防止 ① 在水平公路上行驶的汽车转弯时 υ Ffmaxm υ r 2 Ff 汽车 在水平公路上行驶的汽车,转弯时所需的向心力是由车轮与路面的静摩擦力提供的。如果转弯时速度过大,所需向心力F大于最大静摩擦力Ffmax,汽车将做离心运动而造成交通事故。因此,在公