6.4 生活中的圆周运动 课件-浙江省舟山中学2020-2021学年高一物理人教版（2019）必修第二册

§6.4 生活中的圆周运动 《圆周运动》 【新课导入】 在铁路弯道处，稍微留意一下，就能发现内、外轨道的高度略有不同。你能解释其中的原因吗？ 提供物体做 圆周运动的力 物体做圆周运动所需的力 物体作圆周运动的条件 从“供” “需”两方面研究生活中做圆周运动的物体 ，由物体受力情况决定 由物体的运动情况决定 F = “供需”平衡 物体做圆周运动 本节课 牛顿第二定律F=ma的应用 火车车轮的构造 火车车轮有突出的轮缘 一.火车转弯 火车在水平轨道（内外轨道一样高）上转弯时，所需的向心力由谁提供？ G 外轨 内轨 FN F 外轨对轮缘的弹力 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. (1)内外轨道一样高时转弯 怎么办? θ FN 在转弯处外轨略高于内轨 火车转弯所需的向心力的方向是在水平方向上还是在与斜面平行的方向上？ G O F合 θ (2) 外轨高内轨低时转弯 G Fn N h L θ θ 此为火车转弯时的设计速度 r 思考: (1)如果v行驶>v设计,情况如何? (2)如果v行驶<v设计,情况如何? θ很小时,sinθ≈tanθ 当v=v0时： 当v>v0时： 当v<v0时： 轮缘不受侧向压力,最安全的转弯速度 轮缘受到外轨向内的挤压力, 外轨易损坏。 轮缘受到内轨向外的挤压力, 内轨易损坏。 F弹 F弹 铁路弯道处超速是火车脱轨和翻车的主要原因 O mg FN f 汽车在水平地面上转弯是什么力提供向心力的呢? 汽车在水平路面上转弯所需要的向心力来源:汽车侧向所受的静摩擦力。 O mg FN Ff 当汽车转弯的半径一定时,汽车的速度v越大,所需的向心力也越大,静摩擦力也越大,当静摩擦力为最大静摩擦力时: 改进措施:(1)增大转弯半径 (2)增加路面的粗糙程度 如果弯道半径一定，汽车速度超过，一定限度时，汽车就会向外侧滑。 观察下面两幅图片，赛道及公路弯道有什么特点？为什么要这样设计？ 路面是倾斜的 外高内低 例1.某游乐场里的赛车场为圆形，半径为100 m，一赛车和乘客的总质量为100 kg，车轮与地面间的最大静摩擦力为600 N．(g取10 m/s2) (1)若赛车的速度达到72 km/h，这辆车在运动过程中会不会发生侧移？ (2)若将场地建成外高内低的圆形，且倾角为30°，并假设车轮和地面之间的最大静摩擦力不变，为保证赛车的行驶安全，赛车最大行驶速度应为多大？ 【答案】　(1)不会　(2)35.6 m/s 二.竖直面内的圆周运动分析 生活中为什么我们经常见到凸桥，很少见到凹桥，相比之下凸桥有哪些优点呢？ 凸桥可以让更大的船只通过，利于通航。 发洪水的时候，凸桥在相同的时间内可以流过更多的水，利于泄洪。 更加坚固、美观…… 黄石长江大桥 泸定桥 质量为m的汽车在拱形桥上以速度v行驶，若桥面的圆弧半径为R，试画出受力分析图，分析汽车通过桥的最高点时对桥的压力． mg FN a 由牛顿第三定律得，汽车通过桥的最高点时对桥的压力： FN ＜mg 若汽车通过拱桥的速度增大，会出现什么情况？ 1.汽车过凸桥 v2 R mg＝m 当 FN = 0 时，汽车脱离桥面，做平抛运动，汽车及其中的物体处于完全失重状态。 FN＝0 时，汽车的速度为多大？ v2 R FN ＝mg－m 汽车过拱形桥时，运动速度变大，车对凸桥的压力如何变化？ mg FN 可见汽车的速度越大对桥的压力越小。 当 时汽车对桥的压力为零。（临界速度） 当ｖ大于ｖ临界时，汽车做什么运动？ 飞离桥面做平抛运动！ 由于加速度ａ竖直向下，属失重现象。 拱桥限速防脱轨！ 下面自己分析汽车通过凹形桥最低点时，汽车对桥的压力比汽车的重力大些还是小些? mg FN a 由牛顿第三定律得，汽车通过桥的最高点时对桥的压力比汽车重力大 FN ＞mg 若汽车通过凹桥的速度增大，会出现什么情况？ 2.汽车过凹桥 汽车过凹形桥时，在最低点时，车对桥的压力又怎样？ FN mg v2 R F压＝FN ＝mg + m v2 R FN－mg＝m 若汽车通过凹桥的速度增大，会出现什么情况？ FN ＞mg 汽车对桥的压力大于其所受重力，由于加速度a的方向竖直向上，属超重现象。 可见汽车的速度v越大，对桥的压力越大。 凹桥限速防爆胎！ 比较三种桥面受力的情况 FN = G G F