6.4 生活中的圆周运动（教学课件）-【上好课】2022-2023学年高一物理同步备课系列（人教版2019必修第二册）

第六章 人教版 高中物理必修二 第4节 生活中的圆周运动 汽车转弯 02 火车转弯 01 拱形桥 03 航天器中的超失重 04 离心运动 05 CONTENTS 目录 问题与思考：在铁路弯道处，内、外轨道的高度一样吗？为什么这样设计呢？ 课堂引入 火车转弯 PART 01 车轮的构造 01 FN F G 外轨对轮缘的弹力F提供向心力F=F向 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？ 内外轨一样高时转弯 02 θ FN G F合 θ 外轨略高于内轨 转弯所需的向心力的方向是在水平方向上而不是在与斜面平行的方向上。 外轨高于内轨时转弯 03 O 7 7 O G FN F合 θ θ F合＝mg tanθ 轨道对轮缘无挤压，此时火车的速度为多大？ 火车转弯时所需的向心力 Fn = m v2 R v＝ gR tanθ 若火车的速度大于或小于这个值时，轨道对轮缘有挤压吗？ 8 8 当 v＜ gR tanθ ： 当 v＞ gR tanθ ： G FN θ 轮缘受到外轨向内的弹力 G FN θ F F 轮缘受到内轨向外的弹力 9 9 真实的火车转弯 04 G F Fn 飞机转弯 05 类似于火车转弯 汽车转弯的情况是不是也类似于火车和飞机呢？ 汽车转弯 PART 02 O mg FN Ff 问题与思考 01 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: 向心力来源 02 由此可见:当汽车转弯时,存在一个安全通过的最大速度,如果超过了这个速度,汽车将发生侧滑现象。 改进措施: 1.增大转弯半径 2.增加路面的粗糙程度 3.最重要的一点:司机应该减速慢行 4.增加路面高度差——外高内低 问题与思考 03 高速路和赛道转弯处修成外高内低。 N Fn mg 生活实例 04 为了保证汽车过桥时汽车和桥梁的安全，在桥梁的设计上有没有要求？ 拱形桥 PART 03 拱形桥 （凸形桥） 凹形桥 水平桥 三种可能的形状 01 问题1：汽车静止在桥上与通过平桥时，受力怎样？ F压＝FN＝mg 问题与探究 02 问题2：汽车过拱形桥时，在最高点时，车对凸桥的压力又怎样？ mg FN v2 R mg－FN＝m v2 R FN ＝mg－m v2 R F压＝FN ＝mg－m 汽车对桥的压力小于其所受重力，即处于失重状态 F压 ＜mg 问题与探究 02 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 问题3：汽车过拱形桥时，运动速度变大，车对拱桥的压力如何变化？ mg FN 临界速度 问题与探究 02 问题4：汽车过凹形桥在最低点时，车对凹形桥的压力又怎样？ FN mg v2 R FN ＝mg + m v2 R F压＝FN ＝mg + m v2 R FN－mg＝m 汽车对桥的压力大于其所受重力，即处于超重状态 若汽车通过凹桥的速度增大，会出现什么情况？ F压 ＞mg 问题与探究 02 FN = G G FN G G FN FN 比较三种桥面的受力情况 03 24 凸形桥 25 凹形桥 泸定桥 　　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？…… 问题与思考 04 【例题】地球可以看作一个巨大的拱型桥，其半径就是地球半径 R = 6400km，若汽车不断加速，则地面对它的支持力就会变小，汽车速度多大时，支持力FN会变成零？ 此时司机处于完全失重状态。 【解析】由 得 这里描述的情景其实已经实现，不过不是在汽车上，而是在航天飞机中。 算一算 05 航天器中的超失重问题 PART 04 1.航天器在发射升空（加速上升）时，航天员处在超重还是失重状态？ 2.航天器在轨道正常运行（绕地球做匀速圆周运动）时，航天员处在超重还是失重状态？ 超重 FN mg a FN－mg ＝ma FN＞mg 问题与探究 01 【解析】航天器绕地球做匀速圆周运动，假设它的线速度的大小为v ，轨道半径近似等于地球半径R ，航天员受到的地球引力近似等于他在地面测得的体重mg . v2 R FN ＝mg－m v2 R mg－FN＝m FN ＜mg 失重 当 时，座舱对航天员的支持力FN＝0 ，航天员处于完全失重. 分析与解读 02 有人把航天器失重的原因说成是它离地球太远，从