老师
大家好,今天我们来学习生活中的圆周运动。本节课的学习目标和任务,一、进一步理解向心力的含义,会分析圆柱运动具体问题中向心力的来源。二、能针对实际问题建立模型,熟练运用圆重运动知识解决生活中的圆重运动问题。通过前面的学习,我们对圆重运动已经有了深入的理解,那么物体在什么条件下能做圆柱运动?前面我们通过实验探究,我们知道,当质量为 m 的物体要以线速度 v 沿半径为 r 的圆周做匀速圆周运动时,需要的向心力 f n 等于 m v 方 b r n。如果此时物体所受到的指向圆心的合力刚好能提供它作圆柱运动所需要的向心力,即 f 和等于FN,则物体即可做圆周运动。
老师
大家想一想我们生活中有哪些圆周运动?摩天轮、荡秋千,还有过拱形墙,这些都是比较明显的圆周运动。再比如汽车转弯,火车转弯,还有摩托车转弯等等,这些车辆的转弯运动在一定时间内我们都可以看作是圆柱运动,生活中像这样的圆周运动很多,我们首先来看一下汽车转弯,大家看第一幅图片,在公路的转弯处一般都有一块这样的限速牌,这个是限制汽车转弯的速度为 40 公里每小时。
老师
那么再看一下这个高速公路转弯处,最高转弯段限速是 60 公里每小时,在雨雪天气的时候,这个速度要更低一些,那么汽车转弯的时候为什么会有限速呢?现在我们就具体来分析一下汽车转弯问题。汽车在转弯的时候,我们可以把汽车看作是质点,汽车转弯的时候,在一段时间内我们可以把它看作是圆周运动,那么我们画出它的轨迹,确定好它的圆心和半径,这样的话我们就建立起第二个模型,水平圆周运动模型。接着我们就来看一下汽车在水平路面上转弯的向心力是由哪个力提供的。我们需要对车进行受力分析,车在竖直方向受到重力和支持力的作用,二力平衡在行驶的方向上有动力和阻力,那么它转弯的时候所需要的向心力是由谁提供的?就是由地面给它的指向圆心的静摩擦力提供的。
老师
好,这样我们就列出来这个方程,静摩擦力等于 m v 方 b r,从这个方程当中我们可以看到,转弯的时候速度越大,那么它所需要的向心力就越大,这个时候对应的所需要的静摩擦力就会越大。但是我们知道静摩擦里有一个最大值,我们叫最大静摩擦,那么当这个静摩擦力达到最大值的时候,对应的这个速度 v m 等于根号下 f m 乘 r 比上m,这个就是汽车转弯时不能超过的速度,也就是它的限速。那么如果超过这个速度的话,静摩擦力就不够提供它做查看隐藏内容