6.4 生活中的圆周运动- 【物理优课PPT】高中物理必修第二册同步PPT课件（人教版2019）

人教版 高中物理必修第二册 授课老师：* * * 学习目标 学习目标 根据所学知识分析生活中的各种圆周运动现象，了解其向心力来源。 物理观念 通过向心力公式的推导，分析汽车过拱形桥和凹形桥时的受力以及航天器中的失重现象。 科学思维 掌握物体在竖直面内做圆周运动的临界条件。 科学思维 通过观察洗衣机的脱水筒分析离心运动，掌握物体做离心运动的条件。 科学探究 观察生活中的离心现象，了解其在生活中的应用,并知道离心运动所带来的危害。 科学态度与责任 2 知识回顾 物体做圆周运动时，必须有力提供 向心力 向心力是按效果命名的力 方向：总是指向圆心, 作用效果只改变速度的方向，由物体在半径方向的合力提供。 向心力的特点 大小： 知识回顾 物体作圆周运动的条件 = 物体做圆周 运动所需的力 F 提供物体做 圆周运动的力 由物体受力情况决定 由物体的运动情况决定 “供需”平衡 物体做圆周运动 牛顿第二定律 F=ma 的应用 从“供” “需”两方面研究生活中做圆周运动的物体 本节课 圆周问题1：火车转弯 火车转弯是什么力作为向心力的呢 火车转弯是什么力作为向心力的呢 5 圆周问题1：火车转弯 火车车轮的构造 火车车轮有突出的轮缘 圆周问题1：火车转弯 对实际问题进行抽象提炼并建立模型 水平轨道模型 火车模型 弯曲轨道模型 背景问题1：火车转弯 1、铁路的弯道 (1) 内外轨道一样高时转弯 FN G F 火车车轮受三个力： 重力、支持力、外轨对轮缘的弹力. 外轨对轮缘的弹力 F 提供向心力 F=F向 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。 怎么办 背景问题1：火车转弯 1、铁路的弯道 (2) 外轨高内轨低时转弯 G Fn N h L θ θ r 此为火车转弯时的设计速度 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 9 背景问题1：火车转弯 F弹 F弹 1、铁路的弯道 (2) 外轨高内轨低时转弯 当v=v0时： 轮缘不受侧向压力,最安全的转弯速度。 当v>v0时： 轮缘受到外轨向内的挤压力, 外轨易损坏。 当v<v0时： 轮缘受到内轨向外的挤压力, 内轨易损坏。 铁路弯道处超速是火车脱轨和翻车的主要原因 10 背景问题2：汽车过桥 汽车过桥问题 11 背景问题2：汽车过桥 1.求汽车以速度v过半径为r 的拱桥最高点时对拱桥的压力？ FN mg m 【解】mg 和FN 的合力提供汽车做圆周运动的向心力，由牛顿第二定律得： 由于加速度a竖直向下，属失重现象。 当ｖ 大于ｖ临界 时，汽车做什么运动？ 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） 飞离桥面做平抛运动！ 12 背景问题2：汽车过桥 泸定桥 13 背景问题2：汽车过桥 2.求汽车过凹形路段最低点时对路面的压力？ 可见汽车的速度v 越大，对桥的压力越大。 由于加速度a 的方向竖直向上，属超重现象。 FN mg m 【解】G和N的合力提供汽车做圆周运动的向心力，由牛顿第二定律得： 14 背景问题2：汽车过桥 汽车过桥问题小结 FN=mg 15 背景问题2：汽车过桥 1.一辆卡车在丘陵地匀速行驶,地形如图所示,由于轮胎太旧,途中爆胎,爆胎可能性最大的地段应是( ) A. a处  B. b处   C. c处    D. d处 a b c d D 背景问题2：汽车过桥 2、如图所示，汽车以一定的速度经过一个圆弧形桥面的顶点时，关于汽车的受力及汽车对桥面的压力情况，以下说法正确的是 ( ) BC A.在竖直方向汽车受到三个力：重力、桥面的支持力和向心力 B.在竖直方向汽车只受两个力：重力和桥面的支持力 C.汽车对桥面的压力小于汽车的重力 D．汽车对桥面的压力大于汽车的重力 背景问题2：汽车过桥 　　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？…… 思考与讨论 三：航天器中的失重现象 假设宇宙飞船总质量为M，它在地球表面附近绕地球做匀速圆周运动，其轨道半径近似等于地球半径r，航天员质量为m，宇宙飞船和航天员受到的地球引力近似等于他们在地面上的重力mg．试求座舱对宇航员的支持力为零时飞船的速度多大?通过求解，你可以判断此时的宇航员处于什么状态（超重或失重）。 三：航天器中的失重现象 对宇航员，重力提供向心力：mg= mv 2 / r 由此可以得出 此时人对座椅的压力为零 宇航员处于完全失