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

6.4 生活中的圆周运动 物体做圆周运动需要什么力？谁来提供？ 向心力的特点？ 公式： 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? 水平面拐弯 1 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。 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 (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 O mg FN Ff 外高内低(倾斜）拐弯 2 公路外高内底，除了摩擦力之外，弹力的水平分力提供了一大部分向心力，保障了车辆转弯安全。 O mg FN Ff 车轮构造 火车转弯 弊端分析： 火车质量太大，靠这种办法得到向心力，轮缘与外轨间的相互作用力太大，铁轨和车轮极易受损。如果你是设计师，能否设计一个方案，让火车既能安全通过弯道，又能减少轨道与轮缘的挤压？ 向心力的来源 由外侧轨道对车轮轮缘的挤压力提供 F FN G 火车拐弯 3 N h F 如图，斜面轨道倾角为θ，转弯半径r，要使车轮对内外轨都无压力,质量为m的火车运行的速率应该多大? 火车拐弯应以规定速度行驶 G 火车拐弯 3 4 汽车过桥 黄石长江大桥 泸定桥 思考：为什么生活中比较常见的是凸形桥而不是凹形桥呢？ 问题1：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 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 FN ＜mg mg－FN＝m 汽车过桥 4 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 v2 R FN ＝mg－m 问题2：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 v＝ FN＝0 时，汽车的速度为多大？ 汽车过桥 4 赛车为什么会腾空而起？ 问题3：汽车过凹形桥时，在最低点时，车对凹桥的压力又怎样？ 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 FN ＞mg 若汽车通过凹桥的速度增大，会出现什么情况？ 汽车过桥 4 思考与讨论 当以速度v通过最高点、最低点时哪个位置容易脱离地面，哪个位置容易爆胎？ G FN G FN 汽车过桥 4 思考与讨论 地球可以看作一个巨大的拱形桥，桥面的半径就是地球的半径 R（约为 6 400 km）。地面上有一辆汽车在行驶，所受重力 G ＝ mg，地面对它的支持力是 FN 。 根据上面的分析，汽车速度越大，地面对它的支持力就越小。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 0 ？这时驾驶员与座椅之间的压力是多少？驾驶员躯体各部分之间的压力是多少？他这时可能有什么感觉？ 5.航天器中的失重现象 对宇航员，重力提供向心力：mg = mv2/r，由此可以得出 此时人对座椅的压力为零，宇航员处于完全失重状态。 6、离心运动 6、离心运动 O F合 = mω2r，物体做匀速圆周运动 F合＜mω2r ，物体做逐渐远离圆心的运动 F 合= 0 ，物体沿切线方向飞出远离圆心 F合>mω2r ，物体做靠近圆心的运动 所供=所需，做匀速圆周 所供>所需，做向心运动 所供<所需，做离心运动 离心抛掷 离心脱水 离心分离 离心甩干 离心运动的应用 离心运动 6 汽车拐弯 练习：质量为2.0×103Kg的汽车在水平公路上行驶，轮胎与路面间的最大静摩擦力为2.5×104N，汽车经过半径为50m的弯路时， 如果汽车的车速达到10m/s，这辆车会不会发生侧滑。 如果车速达到30m/s，车将会怎样？ 如果你是一个设计师，你能否对路面进行简单的设计，以减少对于轮胎的磨损。 练习：如图所示，把质量为0.6kg的小物体A放在水平转盘上， A到转盘中心O点的距离为0.2m，若A与转盘间的最大静摩擦力为2N。（g＝10m/s2）求: (1)转盘绕中心O以ω=2rad/ s的角速度旋转，A相对转盘静止时，转盘对A摩擦力的大小与方向。 O A (2)为使物体A相对转盘静止，转盘绕中心O旋转的角速度ω的最大值。 (3)若用细绳一端系着物体A,一端固定在O点，A随水平转盘分别以2rad/ s、5rad/ s的角速度绕中心旋转时，绳对物体A拉力分别多大。 【例2】如图，一辆质量m=500kg的小汽车驶上一座半径r=40m的圆弧形拱桥。（取g=10m/s2） （1）汽车以v1=6m/s的速度经过拱桥的顶部时， 圆弧形拱桥对汽车的支