§6.４ 生活中的圆周运动-2021-2022学年高一物理同步备课精选课件（人教版2019必修第二册)

§６.４ 生活中的圆周运动 一、火车转弯 F F ②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 ①外轨对轮缘的弹力F提供向心力。 外轨 内轨 思考:怎样才能使轮缘跟铁轨不相互挤压，又能产生使火车转弯所需的向心力呢? 外轨 内轨 一、火车转弯 FN G 2、外轨高于内轨时 重力G和支持力FN的合力F合提供一部分向心力。 如果外轨超出内轨的高度适当，可以使重力G与支持力FN的合力F合刚好等于火车转弯所需要的向心力。这时，与轮缘不相互挤压。 G FN α F合 α 一、火车转弯 例1.铁路转弯处的圆弧半径是200m，规定火车通过这里的速度是72km/h，轨道面与水平面之间的夹角应该为多大才能使轨道不受轮缘的挤压？ 解：火车在转弯时所需的向心力由火车所受的重力和轨道对火车支持力的合力提供，如图所示： G FN α F合 α 例1、铁路转弯处的圆弧半径是200m，规定火车通过这里的速度是72km/h，轨道面与水平面之间的夹角应该为多大才能使轨道不受轮缘的挤压？ 保持内外轨的这个高度差，如果车的速度大于或小于72km/h，会分别发生什么现象？说明理由。 解：①如果车的速度大于72km/h火车在转弯时所需的向心力大于重力和支持力的合力，火车将挤压外轨，外轨的弹力、重力和支持力的合力提供向心力。 G FN α F外 ②如果车的速度小于72km/h火车在转弯时所需的向心力小于于重力和支持力的合力，火车将挤压内轨，内轨的弹力、重力和支持力的合力提供向心力。 F F mg FN 1、内外轨道一样高时： 向心力 F 由外侧轨道对外轮的压力提供 2、当外轨略高于内轨时： 火车受到的力： 竖直向下的重力 mg 垂直轨道面的支持力 FN 火车的向心力： 由mg和FN 的合力提供 在汽车赛道上为使汽车能以最快的速度安全通过弯道,赛道的弯道应该如何修筑? G FN F合 车受重力mg及路面的弹力FN作用． 这两个力的合力F水平并指向圆周弯道的圆心，充当向心力，由图可知:F＝mgtanθ 依据牛顿第二定律有 ： mgtanθ＝ 汽车在倾斜路面上拐弯 例2、一辆汽车m=2.0×103kg在水平公路上行驶，经过半径r=50m的弯道时，如果车速度v=72km/h，这辆汽车会不会发生事故？已知轮胎与路面间的最大静摩擦力fm= 0.9×104N。 解：这辆汽车经过弯路时所需向心力 据题意，最大静摩擦力只为0.9×104N，所以汽车会发生事故。 f 例2、一辆汽车m=2.0×103kg在水平公路上行驶，经过半径r=50m的弯道时，已知轮胎与路面间的最大静摩擦力fm= 0.9×104N，求这辆汽车安全通过弯道的最大速度？ 解：这辆汽车经过弯路时路面所能提供的最大向心力 例:质量为m 的汽车以恒定的速率 v 通过半径为r的拱桥，如图所示，求汽车在桥顶时对路面的压力是多大？ 二、汽车过拱形桥 汽车过拱形桥时的运动也可看做圆周运动。 质量为m的汽车在拱形桥上以速度v前进，若桥面的圆弧半径为R时，汽车通过桥的最高点时对桥的压力？ G FN 当汽车的速度不断增大时，会发生什么现象？ 二、汽车过拱形桥 你见过凹形的桥吗？ 泸定桥 凹形桥 汽车过拱形桥时的运动也可看做圆周运动。 质量为m的汽车在凹形桥上以速度v前进，若桥面的圆弧半径为R时，汽车通过桥的最低点时对桥的压力？ G FN 注意：汽车过凹形桥的速度不宜过大,否则FN’过大,汽车可能压坏凹型桥或者爆胎。 比较三种桥面受力的情况 N=G 无论过拱型桥还是凹型桥，都应当减速行驶。 拱型桥： 凹型桥： v 思维拓展： 　　地球可以看做一个巨大的拱形桥，桥面的半径就是地球的半径。会不会出现这样的情况：速度大到一定程度时，地面对车的支持力是零？这时驾驶员与座椅之间的压力是多少？…… 汽车速度增大 三、航天器中的失重现象 G FN 航天员处于失重状态 航天员处于完全失重状态 当 时 0 = N F 供 提供物体做圆周运动的力 需 物体做圆周运动所需的力 匀速圆周运动 离心运动 向心运动 四、向心、圆周、离心运动 “供”“需”是否平衡决定物体做何种运动 （一）离心运动 应用 1、离心干燥器的金属网笼 利用离心运动把附着在物体上的水分甩掉的装置 解释： o F<mrω 2 F ν 当网笼转得比较慢时，水滴跟物体的附着力F 足以提供所需的向心力F 使水滴做圆周运动。当网笼转得比较快时，附着力 F 不足以提供所需的向心力 F，于是水滴做离心运动，穿过网孔，飞到网笼外面。 2、洗衣机的脱水筒 3、用离心机把体温计的水银柱甩回玻璃泡内 当离心机转