5.8生活中的圆周运动说课稿公开课一等奖课件省赛课获奖课件.pptx

5.8《生活中的

圆周运动》

知识回想

物体做圆周运动时，受力有何共同点

物体要受到指向圆心的向心力

向心力的特点

方向：总是指向圆心

大小：

分析做圆周运动的物体受力状况

提供向心力

受力分析

Ff

FN+mg

“供需”平衡物体做匀速圆周运动

向心力公式的理解

从“供”“需”两方面研究做圆周运动的物体

赛道的设计

实例研究1——火车过弯

火车以半径R=300m在水平轨道上转弯，火车质量为8×105kg，速度为30m/s。铁轨与轮之间的动摩擦因数μ=0.25。

设向心力由轨道指向圆心的静摩擦力提供

代入数据可得：Ff=2.4×106N

但轨道提供的静摩擦力最大值：

Ff静m=μmg=1.96×106N

“供需”不平衡，如何解决？

研究与讨论

1、请设计一种方案让火车沿轨道安全通过弯道？

实际火车与轨道设计中，

运用轮缘可增加小部分的向心力；

垫高外轨可增加较多的向心力。

2、最佳方案

火车以半径R=900m转弯，火车质量为8×105kg，速度为30m/s，火车轨距l=1.4m，要使火车通过弯道时仅受重力与轨道的支持力，轨道应当垫的高度h？

（θ较小时tanθ=sinθ）

θ

由力的关系得：

由向心力公式得：

由几何关系得：

解：

=0.14m

研究与讨论

3、若火车速度与设计速度不同会如何？

外侧

内侧

θ

过大时：

外侧轨道与轮之间有弹力

过小时：

内侧轨道与轮之间有弹力

需要轮缘提供额外的弹力满足向心力的需求

4、若火车车轮无轮缘，火车速度过大或过小时将向哪侧运动？

过大时：火车向外侧运动

过小时：火车向内侧运动

向心、圆周、离心运动

“供”“需”与否平衡决定物体做何种运动

供

提供物体做圆周运动的力

需

物体做匀速圆周运动所需的力

列车速度过快，造成翻车事故

实例研究2——过拱桥

1、汽车过拱桥是竖直面内圆周运动的典型代表

2、研究办法与水平面内圆周运动相似

比较在两种不同桥面，桥面受力的状况，设车质量为m，桥面半径为R，此时速度为v。

失重

超重

最高点

最低点

研究与讨论

1、若速度过快，汽车做何种运动？

提供的向心力局限性，做离心运动，离开桥面做平抛运动

2、有无可能做这样的运动？若可能应满足如何的条件？

过山车

水流星

研究圆周运动的要点

从“供”“需”两方面来进行研究

“供”——分析物体受力，求沿半径方向的合外力

“需”——拟定物体轨道，定圆心、找半径、用公式，求出所需向心力

“供”“需”平衡做圆周运动

练习2飞车走壁

摩托车飞车走壁，请分析受力状况，解释现象

练习3

如图为过山车轨道的一部分，若要使车厢能安全通过圆形轨道，车厢应从多高处释放？不计一切摩擦与阻力。

R

h？

实际火车车轮与铁轨模型

2、优点

1、做圆周运动时向心力由哪些力提供？

摩擦力、轮缘与铁轨间的弹力的合力提供

3、缺点

构造简朴，便于实现

轮缘与铁轨有挤压，车轮与铁轨都有磨损

讨论

3、若汽车沿圆弧桥面从顶端下滑，分析汽车的运动状况。

分析：由物体重力及支持力沿半径方向的合外力提供向心力，若车速度过快，车会离开桥面做斜下抛运动

即将离开时FN=0