什么是向心力?向心力是按照力的性質(zhì)還是按照力的作用效果來(lái)命名的?向心力由誰(shuí)提供?
(1)明確研究對(duì)象 (2)確定軌跡找圓心和半徑。 (3)受力分析,找向心力來(lái)源。 (4)根據(jù)牛頓定律列式求解。 (5)對(duì)結(jié)果進(jìn)行必要的討論。
那么由什么力為車(chē)輛提供向心力呢?
模型1:水平路面上轉(zhuǎn)彎(圓周運(yùn)動(dòng))
向心力全部由摩擦力提供
當(dāng)轉(zhuǎn)彎過(guò)快或轉(zhuǎn)彎半徑太小時(shí),一旦摩擦力不足以提供汽車(chē)轉(zhuǎn)彎時(shí)所需向心力,這時(shí)候汽車(chē)將發(fā)生事故。
模型2:汽車(chē)傾斜路面上轉(zhuǎn)彎
將彎道設(shè)計(jì)為傾斜的——
那么,往哪個(gè)方向傾斜?
鐵路的彎道通常外高內(nèi)低,當(dāng)車(chē)速按照規(guī)定速度行駛,火車(chē)與鐵軌之間無(wú)擠壓,有利于保養(yǎng)鐵軌。求火車(chē)轉(zhuǎn)彎的規(guī)定速度?
通過(guò)彎道的規(guī)定速度取決于彎道的半徑和傾角
模型3:火車(chē)傾斜路面上轉(zhuǎn)彎
思考討論:如果火車(chē)轉(zhuǎn)彎時(shí)的速度超過(guò)了規(guī)定速度,那么哪一道鐵軌會(huì)受到車(chē)輪輪緣擠壓?
思考討論:如果火車(chē)轉(zhuǎn)彎時(shí)的速度小于規(guī)定速度,那么哪一道鐵軌會(huì)受到車(chē)輪輪緣擠壓?
因此為了保護(hù)輪緣和行駛安全,過(guò)彎道有速度限制!
輪緣受到外軌向內(nèi)的擠壓力
輪緣受到內(nèi)軌向外的擠壓力
火車(chē)轉(zhuǎn)彎時(shí)軌跡的半徑R= 900m,火車(chē)質(zhì)量為8×105kg,火車(chē)兩軌間距l(xiāng)=1.4 m,兩軌高度差h=0.14m,給你一塊路牌來(lái)限制火車(chē)速度,要使火車(chē)轉(zhuǎn)彎時(shí)所需向心力完全由重力和支持力的合力來(lái)提供,這塊路牌上速度應(yīng)填多少?(θ較小時(shí)可認(rèn)為tanθ=sinθ)
求汽車(chē)過(guò)凸形路段最高點(diǎn)時(shí)對(duì)路面的壓力?
質(zhì)量為m的汽車(chē)在拱橋上以速度v前進(jìn),橋面的圓弧半徑為 r,重力加速度為g
代表模型:汽車(chē)過(guò)橋問(wèn)題
求汽車(chē)過(guò)凹形路段最低點(diǎn)時(shí)對(duì)路面的壓力?并討論若速度增大會(huì)發(fā)生什么情況?
質(zhì)量為m的汽車(chē)在凹橋上以速度v前進(jìn),橋面的圓弧半徑為 r,重力加速度為g
比較三種橋面受力的情況
長(zhǎng)為L(zhǎng)的細(xì)繩拴著質(zhì)量為m 的小球在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)。
試分析:(1)當(dāng)小球在最低點(diǎn)A 的速度為v1時(shí),繩的拉力與速度的關(guān)系如何?
(2)當(dāng)小球在最高點(diǎn)B 的速度為v2 時(shí),繩的拉力與速度的關(guān)系又如何?
故小球過(guò)最高點(diǎn)的最小速度是
在“水流星”表演中,杯子在豎直平面做圓周運(yùn)動(dòng),在最高點(diǎn)時(shí),杯口朝下,但杯中水卻不會(huì)流下來(lái),為什么?
過(guò)山車(chē)為什么在最高點(diǎn)也不會(huì)掉下來(lái)?在最高點(diǎn)A的速度應(yīng)滿(mǎn)足什么條件?
當(dāng)v=v0,小球剛好能夠通過(guò)最高點(diǎn);
當(dāng)vv0,小球能夠通過(guò)最高點(diǎn)。
長(zhǎng)為L(zhǎng)的輕桿一端固定著一質(zhì)量為m的小球,使小球在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)
(1)當(dāng)小球在最低點(diǎn)A的速度為v2時(shí),桿的受力與速度的關(guān)系怎樣?
(2)當(dāng)小球在最高點(diǎn)B的速度為v1時(shí),桿的受力與速度的關(guān)系怎樣?
變形3:物體在管型軌道內(nèi)的運(yùn)動(dòng)
如圖,有一內(nèi)壁光滑、豎直放置的管型軌道,其半徑為R,管內(nèi)有一質(zhì)量為m的小球有做圓周運(yùn)動(dòng),小球的直徑剛好略小于管的內(nèi)徑。
(1)小球運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)時(shí),速度與受力的關(guān)系如何?(2)小球運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)時(shí),速度與受力的關(guān)系又是如何?
思考:小球在最高點(diǎn)的最小速度可以是多少?
最小速度v=0,此時(shí)mg=F3
思考:在最高點(diǎn)時(shí),什么時(shí)候外管壁對(duì)小球有壓力,什么時(shí)候內(nèi)管壁對(duì)小球有支持力?什么時(shí)候內(nèi)外管壁都沒(méi)有壓力?
當(dāng)vv0,外壁對(duì)球有向下的壓力。
如圖所示,質(zhì)量m=0.2kg的小球固定在長(zhǎng)為L=0.9m的輕桿的一端,桿可繞O點(diǎn)的水平軸在豎直平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng),g=10m/s2,求:(1)當(dāng)小球在最高點(diǎn)的速度為多大時(shí),小球?qū)U的作用力為零?(2)當(dāng)小球在最高點(diǎn)的速度分別為6m/s和1.5m/s時(shí),桿對(duì)小球的作用力的大小和方向(3)小球在最高點(diǎn)的速度能否等于零?
豎直平面內(nèi)圓周運(yùn)動(dòng)的臨界問(wèn)題
臨界問(wèn)題:由于物體在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)的依托物(繩、軌道、輕桿、管道等)不同,所以物體恰好能通過(guò)最高點(diǎn)的臨界條件也不同。
物體在最高點(diǎn)的最小速度取決于該點(diǎn)所受的最小合外力。
離心運(yùn)動(dòng):做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體,在所受的合力突然消失或者不足以提供圓周運(yùn)動(dòng)所需要的向心力的情況下,物體所做的逐漸遠(yuǎn)離圓心的運(yùn)動(dòng)叫做離心運(yùn)動(dòng)。
我們小時(shí)候大都喜歡吃棉花糖,而且當(dāng)時(shí)一定非常奇怪。為什么一顆一顆的白砂糖,經(jīng)過(guò)機(jī)器一轉(zhuǎn),就變成又松又軟的“棉花”不斷向外“飛出”呢?
離心運(yùn)動(dòng)的本質(zhì)是由于慣性,換句話說(shuō),并不是受到離心力的作用,而是提供的力________做勻速圓周運(yùn)動(dòng)需要的向心力.
物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí),向心力突然消失,則下列說(shuō)法正確的是( )A、物體將繼續(xù)在原來(lái)的圓周上運(yùn)動(dòng)B、物體將沿著圓周的切線方向飛出去C、物體將沿著切線和圓周運(yùn)動(dòng)之間的某一條曲線向遠(yuǎn)離圓心的方向運(yùn)動(dòng)D、以上說(shuō)法都不對(duì)
1、離心干燥器的金屬網(wǎng)籠
利用離心運(yùn)動(dòng)把附著在物體上的水分甩掉的裝置
當(dāng)網(wǎng)籠轉(zhuǎn)得比較慢時(shí),物體對(duì)水滴的附著力F 足以提供所需的向心力, 使水滴做圓周運(yùn)動(dòng)。當(dāng)網(wǎng)籠轉(zhuǎn)得比較快時(shí),附著力 F 不足以提供所需的向心力 ,于是水滴做離心運(yùn)動(dòng),穿過(guò)網(wǎng)孔,飛到網(wǎng)籠外面。
用離心機(jī)把體溫計(jì)中的水銀柱甩回玻璃泡內(nèi)
在水平公路上行駛的汽車(chē)轉(zhuǎn)彎
在水平公路上行駛的汽車(chē),轉(zhuǎn)彎時(shí)所需的向心力是由車(chē)輪與路面的靜摩擦力提供的。如果轉(zhuǎn)彎時(shí)速度過(guò)大,所需向心力F大于最大靜摩擦力Fmax,汽車(chē)將做離心運(yùn)動(dòng)而造成交通事故。因此,在公路彎道處,車(chē)輛行駛不允許超過(guò)規(guī)定的速度。
飛機(jī)攀高或翻飛旋轉(zhuǎn)時(shí),會(huì)造成飛行員瞬間大腦缺血,四肢沉重的現(xiàn)象。 可以通過(guò)離心機(jī)來(lái)研究、測(cè)試、訓(xùn)練人體的抗荷能力。
下列哪些現(xiàn)象是為了防止物體產(chǎn)生離心運(yùn)動(dòng):A、汽車(chē)轉(zhuǎn)彎時(shí)要限制速度B、轉(zhuǎn)速很高的砂輪半徑不能做得太大C、在修筑鐵路時(shí),轉(zhuǎn)彎處軌道的內(nèi)軌要底于外軌D、離心水泵工作時(shí)

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