匀速圆周运动实例分析省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx
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1、圆圆周周运运动动速速匀匀实实例例分分析析武胜中学武胜中学 吴建兵吴建兵1第1页黄黄石石长长江江大大桥桥2第2页一、汽车过拱形桥一、汽车过拱形桥在各种公路上拱形桥是常见,质量为m汽车在拱桥上以速度v前进,桥面圆弧半径为R,分析汽车经过桥最高点时对桥面压力。问题:问题:汽车经过桥顶时重力汽车经过桥顶时重力G和支持和支持力力N相等吗,为何?相等吗,为何?3第3页 此时汽车处于失重状态,且伴随v增大车对桥压力逐步减小。1、当汽车在桥面上运动到最高点最高点时,重力G和桥支持力N在一条直线上,它们协力是使汽车做圆周运动向心力F向。2、动力学关系:、动力学关系:F向向=GN=mv2/R3、压力小于重力是什么
2、现象?4、汽车速度到达多少时,车对桥压力恰好为零?V=由N=mg-mv2/R=0得:由牛顿第三定律可知,车对桥压力由牛顿第三定律可知,车对桥压力:N=NG G桥对车支持力:桥对车支持力:NGmv2/R4分析:分析:第4页汽车过凹形桥汽车过凹形桥(这种类型生活中极少这种类型生活中极少)1、当汽车在桥面上运动到最低最低点点时,重力G和桥支持力N在一条直线上,它们协力是使汽车做圆周运动向心力F向。2、动力学关系:、动力学关系:F向向=N G=mv2/R 3、汽车过凹形桥时,车对桥压力大于本、汽车过凹形桥时,车对桥压力大于本身重力。此时汽车处于超重状态。身重力。此时汽车处于超重状态。5桥对车支持力:桥
3、对车支持力:NG+mv2/RG 由牛顿第三定律可知,车对桥由牛顿第三定律可知,车对桥压力压力:N=NG第5页例一、当汽车经过桥面粗糙拱形桥顶时拱形桥顶速度为10m/s时,车对桥顶压力为车重3/4,假如汽车行驶至该桥顶时刚好不受摩擦力作用,则汽车经过桥顶时速度应为()A、25m/s B、20m/s C、15m/s D、30m/sB分析:1、车经过桥顶时重力mg和桥支持力N协力提供了汽车做圆周运动向心力F即:F=mgN=mv12/R 即:即:mg=mv2/R代入代入R得:得:v=20m/s 2、要使汽车通桥顶时刚好不受摩擦力,则汽车经过桥顶时车与桥面间压力刚好为零。此时由重力提供车过桥顶需要向心力
4、。6代入代入 N=3 mg/4 v1=10m/s 得:R=40m第6页 汽车在转弯地方,路面是外高内低,靠协力提供向心力。倾斜路面上:7第7页例二、如图所表示,公路转弯处路面跟水平面之间倾角如图所表示,公路转弯处路面跟水平面之间倾角=15=150 0,弯道半径,弯道半径R=40mR=40m,求:,求:汽车转弯时要求速度应是多大?汽车转弯时要求速度应是多大?mgmgN NF Fn n8第8页二、二、“旋转秋千旋转秋千”9第9页二、二、“旋转秋千旋转秋千”物体做匀速圆周运动向心力是有物体所受重力mg和悬线拉力T对它协力提供。2、动力学关系:、动力学关系:mgtan=m2r r=Lsin “旋转秋千
5、”运动能够简化为圆锥摆模型,如图:由此可知:角度与角速度和绳长L相关,在绳长L确定情况下,角速度越大,角越大101、向心力起源:、向心力起源:由 和和得:得:或 cos=L2g第10页三、火车转弯1、水平路、水平路基上转弯:基上转弯:(1)此时火车车轮受三个力:重力、支持力、外轨对)此时火车车轮受三个力:重力、支持力、外轨对轮缘弹力。轮缘弹力。(2)外轨对轮缘弹力提供向心力。)外轨对轮缘弹力提供向心力。(3)因为该弹力是由轮缘和外轨挤压产生,且因为火车质量很)因为该弹力是由轮缘和外轨挤压产生,且因为火车质量很大,故轮缘和外轨间相互作用力很大,易损害铁轨。大,故轮缘和外轨间相互作用力很大,易损害
6、铁轨。11第11页三、火车转弯(1)、对火车进行受力分析:火车受铁轨支持力N方向不再是竖直向上,而是斜向弯道内侧,同时还有重力G。(2)、支持力与重力协力水平指向内侧圆心,成为使火车转弯所需向心力。(3)、转弯处要选择内外轨适当高度差,使转弯时所需向心力完全由重力G和支持力N来提供,这么外轨就不受轮缘挤压了。12NG F第12页hd例三、某铁路转弯处圆弧半径是r,两铁轨之间距离是d,若要求火车经过这个弯道速度为v,则内外铁轨高度差应该是多大才能使火车转弯时内外轨均不受轮缘挤压?F合mgN分析:火车转弯时需要向心力由火车重力和轨道对它支持力协力提供F合=mgtan=mv2/r 因为轨道平面和水平
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