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圆周运动实例分析课件-高一下学期物理教科版.pptx

发布:2025-04-08约5.21千字共58页下载文档
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高中物理必修二演讲者:曹雄2.3圆周运动的实例分析

目录一、汽车通过拱形桥二、旋转秋千三、火车转弯四、离心运动

【PART.01】一、汽车通过拱形桥

汽车通过拱形桥拱形桥(凸形桥)凹形桥水平桥三种可能的形状01

汽车通过拱形桥问题与探究02问题1:汽车静止在桥上与通过平桥时,竖直方向受力怎样?F压=FN=mg

汽车通过拱形桥问题与探究02问题2:汽车过拱形桥时,在最高点时,车对凸桥的压力又怎样?mgFNFN=mg?汽车过拱形桥时的一部分可以看做圆周运动,运动状态时刻在发生变化,由重力和支持力的合力提供向心力

汽车通过拱形桥问题与探究02问题2:汽车过拱形桥时,在最高点时,车对凸桥的压力又怎样?mgFNv2Rmg-FN=mv2RFN=mg-mv2RF压=FN=mg-m汽车对桥的压力小于其所受重力,即处于失重状态F压<mg说明:上述过程中汽车做的不是匀速圆周运动,我们仍使用了匀速圆周运动的公式,原因是向心力和向心加速度的公式对于变速圆周运动同样适用。

汽车通过拱形桥问题与探究02v2Rmg=m当FN=0时,汽车脱离桥面,汽车对桥面刚好没有压力,汽车与桥面之间无摩擦力,做平抛运动,汽车及其中的物体处于完全失重状态。FN=0时,汽车的速度为多大?v2RFN=mg-m问题3:汽车过拱形桥时,运动速度变大,车对拱桥的压力如何变化?mgFN临界速度

汽车通过拱形桥问题与探究02问题4:汽车过凹形桥在最低点时,车对凹形桥的压力又怎样?FNmgv2RFN=mg+mv2RF压=FN=mg+mv2RFN-mg=m汽车对桥的压力大于其所受重力,即处于超重状态若汽车通过凹桥的速度增大,会出现什么情况?F压>mgFN越大,轮胎的形变越大,易爆胎。

汽车通过拱形桥比较三种桥面的受力情况03FN=GGFNGFNFN

汽车通过拱形桥凸形桥

汽车通过拱形桥凹形桥泸定桥

汽车通过拱形桥拓展思考04有无可能做这样的运动?若可能应满足怎样的条件?GFN解:

汽车通过拱形桥问题与思考05地球可以看做一个巨大的拱形桥,桥面的半径就是地球的半径.会不会出现这样的情况:速度大到一定程度时,地面对车的支持力是零?这时驾驶员与座椅之间的压力是多少?……

汽车通过拱形桥算一算06【例题】地球可以看作一个巨大的拱型桥,其半径就是地球半径R=6400km,若汽车不断加速,则地面对它的支持力就会变小,汽车速度多大时,支持力FN会变成零?此时司机处于完全失重状态。【解析】由得这里描述的情景其实已经实现,不过不是在汽车上,而是在航天飞机中。

汽车通过拱形桥航天器中的失重现象071.航天器在发射升空(加速上升)时,航天员处在超重还是失重状态?2.航天器在轨道正常运行(绕地球做匀速圆周运动)时,航天员处在超重还是失重状态?超重FNmgaFN-mg=maFN>mg

汽车通过拱形桥航天器中的失重现象07【解析】航天器绕地球做匀速圆周运动,假设它的线速度的大小为v,轨道半径近似等于地球半径R,航天员受到的地球引力近似等于他在地面测得的体重mg.v2RFN=mg-mv2Rmg-FN=mFN<mg失重当时,座舱对航天员的支持力FN=0,航天员处于完全失重.

汽车通过拱形桥航天器中的失重现象07有人把航天器失重的原因说成是它离地球太远,从而摆脱了地球引力,这种说法对吗?正是由于地球引力的存在,才使航天器连同其中的人和物体绕地球做圆周运动.如果地球的引力突然消失,航天器将做什么样的运动呢?

【PART.02】二、旋转秋千

旋转秋千生活实例01圆锥摆模型

rTGF合解:小球受力如图,合力提供向心力,由牛顿第二定律旋转秋千圆锥摆模型分析02OaL解得:圆锥摆的周期公式注意:H是悬挂点O到物体运动轨道平面的高度H

rOaTGF合解:小球受力如图,合力提供向心力,由牛顿第二定律旋转秋千圆锥摆模型分析02OaL缆绳与中心轴的夹角跟“旋转秋千”的角速度和绳长有关,而与所乘坐人的体重无关。解得:

【PART.03】三、火车转弯拓展:汽车转弯

火车转弯问题与思考:在铁路弯道处,内、外轨道的高度一样吗?为什么这样设计呢?

车轮的构造01火车转弯

火车转弯内外轨一样高时转弯02FNFG外轨对轮缘的弹力F提供向心力F=F向火车质量很大,故轮缘和外轨间的相互作用力很大,易损坏铁轨.怎么办?

火车转弯外轨高于内轨时转弯03θFNGF合θ外轨略高于内轨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。O

火车转弯OGFNF合θθF合=mgtanθ轨道对轮缘无挤压,此时火车的速度为多大?火车转弯时所需的向心力Fn=mv2Rv=gRta

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