6.4 生活中的圆周运动 课件 -2022-2023学年高一下学期物理人教版（2019）必修第二册

第六章 圆周运动 第4节 生活中的圆周运动（1） 思考1：汽车转弯时可看成圆周运动，是什么力使它产生向心力呢？ O 思考2：如果汽车速度过快会发生什么呢？ Ff Fn = 思考3：如何能减少这种情况的发生？ 汽车转弯时可看成圆周运动，是什么力使它产生向心力呢？——摩擦力 如果汽车速度过快会发生什么呢？如何能减少这种情况的发生？ 2 思考：高速公路转弯处和赛道转弯处，路面往往有一定的倾斜度，你们知道 这样设计的原因是什么吗？ 赛道转弯处 高速公路转弯处 F合 当车速很快时转弯，容易发生侧滑或翻车，那是因为车的合力不足以提供转弯时的向心力，当路面有一定的倾斜度时，就可以用车受到的重力与支持力的合力充当一部分向心力，可减少侧滑或翻车的情况。 O = Fn FN G 高速公路转弯处和摩托车赛道转弯处，路面往往有一定的倾斜度，这样设计的原因是什么呢？ 答：当路面有一定的倾斜时，汽车经过转弯处时受到的支持力会有一个水平的分量来提供向心力，这样即使车速很快也不会发生侧滑了。 3 1. 内外轨道一样高时 F 火车转弯 思考：火车转弯时也可看成做圆周运动，是什么力使它产生向心力呢？ 火车是我们日常出行的一种交通工具，如果火车转弯可看成圆周运动，是什么力使它产生向心力呢？当内外轨一样高时，火车靠什么力转弯呢？同学们桌面上有个模型，我们观察一下火车轮子有什么特点？火车轮子有一个轮缘，当内外轨一样高时，火车靠什么力提供向心力呢？没错，是轮缘与轨道之间的弹力。你们觉得这样的设计好吗？因为当内外轨一样高时轮子与轨道之间的摩擦会损坏火车轮子和轨道，减少车轮与轨道的使用寿命，还可能导致火车侧翻。 4 我是铁路设计师 如果你们是铁路设计师会如何设计轨道呢？每组同学桌面都有一套火车转弯轨道模型，观察一下轨道有什么特点？ 5 （ θ 外 内 1. 外轨略高于内轨时 Fn ——由G和FN的合力提供 （或FN的水平分力提供） （ θ 轨道设计角度 ①若v实 则外轮缘挤压外轨产生向里的压力补充 ②若v实 则内轮缘挤压内轨产生向外的压力抵消 火车转弯 整理得 火车设计速度 = mgtanθ （设火车转弯时所在圆的半径为r） O FN mg F合 设计师常常把火车轨道设计成外轨高于内轨，那为什么这么设计呢？我们来对火车受力分析，沿轨道方向的力我们暂时不看，火车受重力和支持力，当火车转弯时向心力由重力和支持力的合力提供，或者说支持力的水平分力提供，这样就会大大减小车轮与轨道之间的磨损。那轨道的设计角度和火车的设计速度如何呢？请同学们根据向心力表达式计算出设计角度和火车速度。 6 拱形桥 生活中有许多这样的拱形桥，却很少见到凹桥，你们知道为什么吗？我们一起做个实验（凹凸桥演示仪） 7 从实验中我们发现，当小球的速度很小时小球会从凸桥上滑下来，当小球的速度足够大时小球可以从凸桥上滑过，可见小球受到的支持力变小了。 8 O v r 匀速行驶 mg FN Fn = 拱形桥 解得： 向心力表达式： （设汽车驶过拱形桥顶点的速度为v，顶点所在圆的半径为r） 支持力小于重力 我们对匀速驶过的汽车受力分析，竖直方向上受重力和支持力，所以什么力提供汽车的向心力呢？没错，是重力与支持力的合力，同学们求一下汽车受到的向心，请写在导学案上。所以我们列式是这样的，解得支持力小于重力，这样汽车与桥面之间挤压就会小，不会损坏桥。 9 Fn = 思考1：汽车过桥速度能过大吗？ 当FN = 0时， v临 拱形桥 解得： 思考2：驾驶员在地面上行驶时，可不可能处于完全失重状态呢？ 此时汽车与驾驶员处于什么状态？ O v r 匀速行驶 mg FN 思考一下这个问题：汽车过桥速度能过大吗？——当过桥速度逐渐增大时，支持力逐渐减小，支持力最小也就是0了。这时汽车有个临界速度为 如果汽车的速度比临界速度还大会怎样呢？——汽车就会脱离拱桥飞出。 当支持力为0时汽车和驾驶员处于什么状态呀？——失重。那驾驶员在地面上行驶时，可不可能处于完全失重状态？ 10 拓展：地球可否看成一个巨大的拱形桥？ 当FN = 0时， v临 mg FN 会不会出现这种情况：速度大到一定程度时，地面对车的支持力为零？ m/s 此时：驾驶员处于什么状态？ ——完全失重 拱形桥 Fn = 解得： （地球半径约为6400km） ≈ 8000m/s 我们可以把地球看成一个巨大的拱形桥，当速度大到一定时，地面对车的支持力为0可能吗？我们对汽车受力分析，请同学们写在导学案上，并列出汽车的向心力表达式。通过计算，当汽车的速度达到8000m/s时汽车受到的支持力为0，此时驾驶员处于什么状态？答：完全失重 11 r F引 思考：航天器中人的失重，是因为摆脱了地球的引力吗？ Fn = FN = 0 当v 对航天员分析： 航天器