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歡迎進入物理課堂 8生活中的圓周運動 知識回顧 物體做圓周運動時 受力有何共同點物體要受到指向圓心的向心力向心力的特點方向 總是指向圓心大小 分析做圓周運動的物體受力情況 提供向心力 受力分析 Ff FN mg F 供需 平衡物體做勻速圓周運動 向心力公式的理解 從 供 需 兩方面研究做圓周運動的物體 賽道的設計 實例研究1 火車過彎 火車以半徑R 300m在水平軌道上轉彎 火車質量為8 105kg 速度為30m s 鐵軌與輪之間的動摩擦因數(shù) 0 25 設向心力由軌道指向圓心的靜摩擦力提供 代入數(shù)據可得 Ff 2 4 106N 但軌道提供的靜摩擦力最大值 Ff靜m mg 1 96 106N 供需 不平衡 如何解決 研究與討論 1 請設計一個方案讓火車沿軌道安全通過彎道 實際火車與軌道設計中 利用輪緣可增加小部分的向心力 墊高外軌可增加較多的向心力 2 最佳方案 火車以半徑R 900m轉彎 火車質量為8 105kg 速度為30m s 火車軌距l(xiāng) 1 4m 要使火車通過彎道時僅受重力與軌道的支持力 軌道應該墊的高度h 較小時tan sin 由力的關系得 由向心力公式得 由幾何關系得 解 0 14m 研究與討論 3 若火車速度與設計速度不同會怎樣 外側 內側 過大時 外側軌道與輪之間有彈力 過小時 內側軌道與輪之間有彈力 需要輪緣提供額外的彈力滿足向心力的需求 4 若火車車輪無輪緣 火車速度過大或過小時將向哪側運動 過大時 火車向外側運動過小時 火車向內側運動 向心 圓周 離心運動 供 需 是否平衡決定物體做何種運動 供 提供物體做圓周運動的力 需 物體做勻速圓周運動所需的力 F F F 列車速度過快 造成翻車事故 實例研究2 過拱橋 1 汽車過拱橋是豎直面內圓周運動的典型代表2 研究方法與水平面內圓周運動相同 比較在兩種不同橋面 橋面受力的情況 設車質量為m 橋面半徑為R 此時速度為v 失重 超重 最高點 最低點 研究與討論 1 若速度過快 汽車做何種運動 提供的向心力不足 做離心運動 離開橋面做平拋運動 2 有無可能做這樣的運動 若可能應滿足怎樣的條件 過山車 水流星 研究圓周運動的要點 從 供 需 兩方面來進行研究 供 分析物體受力 求沿半徑方向的合外力 需 確定物體軌道 定圓心 找半徑 用公式 求出所需向心力 供 需 平衡做圓周運動 練習1電影片斷中的問題 在 頭文字D 中 周杰倫飾演的角色是如何超過前面的賽車 請用今天所學的知識解釋 練習2飛車走壁 摩托車飛車走壁 請分析受力情況 解釋現(xiàn)象 練習3 如圖為過山車軌道的一部分 若要使車廂能安全通過圓形軌道 車廂應從多高處釋放 不計一切摩擦與阻力 R h 謝謝大家 實際火車車輪與鐵軌模型 2 優(yōu)點 1 做圓周運動時向心力由哪些力提供 摩擦力 輪緣與鐵軌間的彈力的合力提供 3 缺點 結構簡單 便于實現(xiàn) 輪緣與鐵軌有擠壓 車輪與鐵軌都有磨損 墊高外軌 利用支持力的分力提供一部分向心力 達到 供需 平衡 2 優(yōu)點 1 做圓周運動時向心力由哪些力提供 3 缺點 可以減少對摩擦力的需要 需要改造鐵路 設計施工難度大 討論 3 若汽車沿圓弧橋面從頂端下滑 分析汽車的運動情況 分析 由物體重力及支持力沿半徑方向的合外力提供向心力 若車速度過快 車會離開橋面做斜下拋運動 即將離開時FN 0 同學們 來學校和回家的路上要注意安全 同學們 來學校和回家的路上要注意安全