向心力的实例分析.ppt

复习复习火车火车汽车汽车过山车过山车水流星水流星摩托车摩托车练习向心力的求解公式是什么？复习思考题：F=mv2rF=mω2rF=mωvF=m a向向心力公式的应用向心力公式的应用受力情况受力情况运动情况运动情况物体所做的圆周运动物体所做的圆周运动,向心力由谁来提供向心力由谁来提供?rLmθω用用细线系一小球，使它在竖直平面内做细线系一小球，使它在竖直平面内做圆周运动，当小球达到最高点时，其受圆周运动，当小球达到最高点时，其受力情况是力情况是1、受到重力、线的拉力和向心力、受到重力、线的拉力和向心力2、可能只受到重力作用、可能只受到重力作用3、可能只受到线的拉力、可能只受到线的拉力4、所受合外力为零、所受合外力为零2 2：说明：：说明： a a：：向心力是按效果命名的力；向心力是按效果命名的力； b b：：任何一个力或几个力的合力只要它的作用任何一个力或几个力的合力只要它的作用效果是使物体产生向心加速度，它就是物体所效果是使物体产生向心加速度，它就是物体所受的向心力；受的向心力； c c：：不能认为做匀速圆周运动的物体除了受到不能认为做匀速圆周运动的物体除了受到另外物体的作用外，还要另外受到向心力。

另外物体的作用外，还要另外受到向心力1 1：来源：分析和解决匀速圆周运动的问题，：来源：分析和解决匀速圆周运动的问题，关键的是要把向心力的来源搞清楚关键的是要把向心力的来源搞清楚关于向心力关于向心力背景问题背景问题1 汽车过拱桥汽车过拱桥 汽车在汽车在平直公路平直公路上匀速行上匀速行驶时，所驶时，所受的合力受的合力等于等于0 0，那，那么当汽车么当汽车上凸形桥上凸形桥时，我们时，我们说它做圆说它做圆周运动，周运动，那么是什那么是什么力提供么力提供汽车的向汽车的向心力呢？心力呢？GFNrvF向向= G —FNGFNrvF向向=FN —G 汽车在拱桥上前进，桥面的圆弧半径为汽车在拱桥上前进，桥面的圆弧半径为R R，，当它经过当它经过最高点时速度为最高点时速度为v v，，分析汽车过桥的最高点时对桥面的压分析汽车过桥的最高点时对桥面的压力？力？e:e:又因支持力与压力是一对作用力与反作用力，所以又因支持力与压力是一对作用力与反作用力，所以 a a：：选汽车为研究对象选汽车为研究对象b b：：对汽车进行受力分析：受对汽车进行受力分析：受到重力和桥对车的支持力到重力和桥对车的支持力c c：：上述两个力的合力提供向心力、上述两个力的合力提供向心力、 且向心力方向向下且向心力方向向下 d d：：建立关系式：建立关系式：F向向=G-FN=2mvR且且解析：解析：理论分析：理论分析：思考与讨论思考与讨论1 1、根据上面的分析可以看出，汽车行驶的速度越大，汽车、根据上面的分析可以看出，汽车行驶的速度越大，汽车对桥的压力越小。

试分析一下，当汽车的速度不断增大时，对桥的压力越小试分析一下，当汽车的速度不断增大时，会有什么现象发生呢？会有什么现象发生呢？解析：由 可知汽车的速度v越大，对桥的压力 就越小当 时，桥受到的压力等于零，合外力等于重力若合外力不能提供汽车做圆周运动的向心力，则汽车会飞出去汽车过桥时一般都会有一个限速，规定汽车的速度不能大于这个限速，就是因为上面的原因2 2、请你根据上面分析汽车通过凸形桥的思路，分析、请你根据上面分析汽车通过凸形桥的思路，分析一下汽车通过凹形桥最低点时对桥的压力（如图）一下汽车通过凹形桥最低点时对桥的压力（如图）这时的压力比汽车的重量大还是小？这时的压力比汽车的重量大还是小？GF解析：解析：F – G =2F = G +mvrF > G2mvr小结：汽车过拱桥或凹桥 •经凸桥最高点时由牛顿第三定律可知，汽车对桥面压力小于汽车的重力． 当　　　　时，汽车对桥面无压力． 　　由牛顿第三定律可知，汽车对桥面压力大于汽车的重力． n经凹桥最低点时想一想：想一想：游乐园里的过山车用的又是什么原理呢游乐园里的过山车用的又是什么原理呢？？最高点：F向向= G +FN2amr= G +FN当FN =02mvr= GFNG最低点背景问题背景问题2 2、火车转弯：、火车转弯： 火车在火车在平直轨道上平直轨道上匀速行驶时，匀速行驶时，所受的合力所受的合力等于等于0 0，那，那么当火车转么当火车转弯时，我们弯时，我们说它做圆周说它做圆周运动，那么运动，那么是什么力提是什么力提供火车的向供火车的向心力呢？心力呢？c c：：由于该弹力是由轮缘和外轨的挤压产生的，且由于火车质量由于该弹力是由轮缘和外轨的挤压产生的，且由于火车质量很大，故轮缘和外轨间的相互作用力很大，易损坏铁轨。

很大，故轮缘和外轨间的相互作用力很大，易损坏铁轨1 1、内外轨道一样高时、内外轨道一样高时GFNFa a：：此时火车车轮受三个力：重力此时火车车轮受三个力：重力、、支持力支持力、、外轨对轮缘的弹力外轨对轮缘的弹力b b：：外轨对轮缘的弹力外轨对轮缘的弹力F F提供向心力提供向心力转弯处转弯处----外轨略高于内轨外轨略高于内轨 2 2、外轨略高于内轨时、外轨略高于内轨时火车拐弯 •火车转弯时所需的向心力是有重力G支持力FN的合力F来提供．•若火车的拐弯处轨道面倾角为若火车的拐弯处轨道面倾角为θ，，应有：应有：θrθF = mgtan θ2mvr=θθ向心力向心力分析分析:当当r、、θ一定时，一定时，车行驶的速度车行驶的速度v=车行驶的速度车行驶的速度v′>外轨对车有向内的推力外轨对车有向内的推力车行驶的速度车行驶的速度v″<内轨需使用向外的推力内轨需使用向外的推力F外轨、内轨均不受车的推力的作用外轨、内轨均不受车的推力的作用外轨外轨内轨内轨1 1、自行车转、自行车转弯时，稍一弯时，稍一倾斜就过去倾斜就过去了，摩托车了，摩托车转弯倾斜度转弯倾斜度要大一些要大一些摩托赛车时摩托赛车时转弯，倾斜转弯，倾斜度更大，几度更大，几乎倒在地上。

乎倒在地上 问：什么力问：什么力提供向心力提供向心力？向心力与？向心力与倾斜度有关倾斜度有关吗？有何关吗？有何关系？系？背景问题背景问题3 3：摩托车转弯：摩托车转弯解析解析：：由地面对车的静摩擦力提供车做圆周运由地面对车的静摩擦力提供车做圆周运动的向心力动的向心力G车车N车车f（（1）以车为研究对象）以车为研究对象（（2）以人为研究对象）以人为研究对象转弯时，人随车一起做圆周运动，他的转弯时，人随车一起做圆周运动，他的向心力由重力和支持力的合力提供向心力由重力和支持力的合力提供G人人N人人Fθ人的倾斜度越大，倾角人的倾斜度越大，倾角θ越大，向心越大，向心力就越大力就越大 2 2、把一个小球放在玻璃漏斗里，晃动、把一个小球放在玻璃漏斗里，晃动几下漏斗，可以使小球沿光滑的漏斗壁几下漏斗，可以使小球沿光滑的漏斗壁在某一水平面内做匀速圆周运动（如图）在某一水平面内做匀速圆周运动（如图）小球的向心力是由什么力提供的？小球的向心力是由什么力提供的？是是重力和漏斗壁对小球支持力的合力重力和漏斗壁对小球支持力的合力提供的，则：提供的，则：重力重力mg和夹角和夹角θ都是定值，所以当小都是定值，所以当小球的速度越大，它在漏斗中上升得就球的速度越大，它在漏斗中上升得就越高，做圆周运动的半径就越大。

越高，做圆周运动的半径就越大探究情景：探究情景：FθGθN 想想一一想：想：如果漏斗的顶部变成如图所示的圆柱形，如果漏斗的顶部变成如图所示的圆柱形，当小球上升到圆柱部分时，继续增大小当小球上升到圆柱部分时，继续增大小球的速度，小球还会往上升吗？为什么球的速度，小球还会往上升吗？为什么？？不会此时小球做圆周运动的向心力不会此时小球做圆周运动的向心力由漏斗对它的弹力提供由漏斗对它的弹力提供GfN当当 m m、、r r 一定时，一定时，ωω越大，所需要的越大，所需要的弹力就越大弹力就越大 飞车走壁飞车走壁: 马戏团演员在表演飞车走壁时，人车在一个水平面上马戏团演员在表演飞车走壁时，人车在一个水平面上沿竖直粗糙墙壁上做匀速圆周运动，人车所受外力沿竖直粗糙墙壁上做匀速圆周运动，人车所受外力G与静摩擦力与静摩擦力f平衡车轮对墙壁的作用力为平衡车轮对墙壁的作用力为N，，墙壁的墙壁的反作用力反作用力N就是人车所需向心力应有就是人车所需向心力应有 当当m、、r一定时，一定时，ω越大，越大，N就越大背景问题4：水流星 杂技表演中有一个杂技表演中有一个““水流星水流星””的节目：在一只水杯的节目：在一只水杯中装上水，然后让桶在竖直平面内做圆周运动，水不会中装上水，然后让桶在竖直平面内做圆周运动，水不会洒出来。

这是为什么？洒出来这是为什么？ωG解析： 当水杯运动到最高点的时候，如果水没有洒出来，那么在其他位置上水也不会洒出来所以选取最高点为研究对象如果水刚好能在竖直平面内做圆周运动而不洒出的话，这时杯中的水在最高点只受到重力的作用，向心力由重力提供，则所以，只要水杯做圆周运动的速度v＞ “水流星”的表演就一定会成功•例例 m=5000kg 的汽车的汽车,通过半通过半径径R=50m的拱型桥顶时速度的拱型桥顶时速度为为5m/s.则汽车对桥顶的压力则汽车对桥顶的压力是多少是多少?在在水平面上转弯和汽车，向心力是（水平面上转弯和汽车，向心力是（ ））1、水平面对汽车的静摩擦力、水平面对汽车的静摩擦力2、水平面对汽车的滑动摩擦力、水平面对汽车的滑动摩擦力3、汽车受到的重力和水平面对汽车支、汽车受到的重力和水平面对汽车支持力的合力持力的合力4、汽车受到的重力、水平面对汽车支、汽车受到的重力、水平面对汽车支持力和汽车支持力和汽车牵引力的合力持力和汽车支持力和汽车牵引力的合力 汽车驶过凸形拱桥顶点时对桥的压力汽车驶过凸形拱桥顶点时对桥的压力为为F1，，汽车静止在桥顶时对桥的压力为汽车静止在桥顶时对桥的压力为F2，，那么那么F1和和F2比较（比较（ ））1、、 F1>F2 2、、 F1=F23、、 F1