生活中的向心力和竖直平面内的圆周运动.ppt

第二节 向心力 生活中的向心力 * * V 物理模型 F摩 1.汽车转弯问题 （1）.汽车在水平路面上转弯 生活场景 生活中的向心力 在一段半径为8m的水平弯道上，已知路面对汽车轮胎的最大静摩擦力是车重的0.8倍，则 （1）汽车拐弯时的安全速度是多少？ （2）如果你是设计师，你会如何设计路面以使汽车行驶更安全？ F摩 V 解:分析可得汽车转弯时F摩= F向，即： 所以，汽车拐弯的安全速度是8m/s。 例题讲解 物理模型 G N F （2）.汽车在倾斜路面上转弯 生活场景 轮缘 铁轨 (轨距) 2 火车转弯问题 G FN F弹 1 火车在转弯时，若内外轨是相平的，铁轨如何对火车提供水平方向的向心力？ a：此时火车车轮受三个力：重力、支持力、外轨对轮缘的弹力。 b：外轨对轮缘的水平弹力提供火车转弯的向心力。 　　让重力和支持力的合力提供向心力，来减少外轨对轮缘的挤压。 FN G o F 　2 为了减轻铁轨的受损程度，你能提出一些可行的方案吗？ 知:当v=v0时： 当vv0时： 当vv0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 讨论:由 二、物体在竖直平面内的圆周运动 竖直平面内的圆周运动一般情况下是变速圆周运动，中学阶段只研究物体通过最高点或最低点的情况，并且经常出现临界状态。 1、变速圆周运动：速度大小也发生变化的圆周运动，合力不指向圆心。 研究方法：将合力分解 为 两个力Fτ、Fn （分别产 生at及an如图） 这两个分力的作用效果是什么？ Ft改变速度的大小， Fn改变速度的方向 一般曲线运动：运动轨迹既不是直线也不是圆周的曲线运动. 研究方法：将曲线分割成很多极短的小段，每一段都可以看作是一小段圆弧，就可以采取圆周运动的方法处理了。 物理模型 F牵 F摩 N G 1、汽车过凸形桥问题 生活场景 物理模型 2、汽车驶过凹形路面问题 F牵 F摩 N G 生活场景 1 汽车甲和汽车乙质量相等，以相等的速率沿同一水 平弯道做匀速圆周运动，甲车在乙车外侧。两车沿 半径方向受到的摩擦力分别为f甲和f乙，以下说法正确的是（ ） A f甲小于f乙 B f甲大于f乙 C f甲等于f乙 D 无法判断 A 温故练习 2 若火车按规定速率转弯时，内外轨对车轮皆无侧压力， 则火车以较大速率转弯时（ ） A 仅内轨对车轮有侧压力 B 仅外轨对车轮有侧压力 C 内、外轨对车轮都有侧压力 D 内、外轨对车轮均无侧压力 B 3 质量为4t的汽车通过半径20m的拱桥顶点的速度为 10m/s，桥对车的支持力为： 20000N 4 如图所示，飞机在半径为R的竖直平面内翻斤斗，已知飞行员质量为m，飞机飞至最高点时，对座位压力为N，此时飞机的速度多大？ V R mg O mg O N 　　 mg O N 绳 杆 mg O 轨道 管道 问题1：绳物结构 用长为L的细绳拴着质量为m的小球，使小球在竖直平面内作圆周运动，如图所示。 o A L V1 B V2 试分析： （1）当小球在最低点A的速度为V1时，其绳的张力为多大？ （2）当小球在最高点B的速度为V2时，其绳的张力为多大？ o mg F2 mg F1 思考：过最高点的最小速度是多大? v1 v2 最低点： 最高点： (1)当物体所受的弹力F=0时，重力提供向心力，速度 ，是小球通过最高点的最小速度，称为小球恰好能通过圆轨道最高点的临界速度。 例.某公园的过山车建在山坡上，过山车通过半径为r的大圆环，若乘客的质量为m,则过山车最小以多大的速度通过圆环最高点时，人才不会掉下来？ 生活场景 拓展：物体沿竖直内轨运动 V 物理模型 mg FN mg FN B A （1）过最高点临界条件： mg=mv2/R （2）能过最高点条件:v≧ v临界 （3）不能过最高点条件：v＜v临界 v V 无支持物的情况 绳 mg O mg O 轨道 例1、长为R=0.4m的轻绳一端固定在O点，另一端拴质量为m=0.4kg的小球，如果要让小球在竖直平面内绕O点作圆周运动(1)小球在圆周最高点的速度至少为多少?(2)如果小球在最高点的速度v=5m/s,轻绳对小球的作用力是多少？ 拓展：如把轻绳改为轻杆，分析小球速度与轻杆对球作用力的关系 V=2m/s o A R 分析:小球在最高点的速度v能否为1m/s,轻绳对小球有作用力吗？小球做何运动? F=2