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

4 生活中的圆周运动 问题:在铁路弯道处，内外轨道的高度略有不同，这是为什么？ 思考：在平直轨道上匀速行驶的火车，火车受几个力作用？这几个力的关系如何？那火车转弯时情况会有何不同呢？ 火车转弯时是在做圆周运动，那么是什么力提供向心力？ 一、火车转弯 车轮的构造 火车车轮有突出的轮缘 铁路的弯道 ——如果内外轨道一样高 G N 外轨对轮缘的弹力提供向心力 . 思考：靠这种办法得到的向心力缺点是什么？如何解决这一实际问题？ F G FN F合 α 火车转弯规定临界速度: 解析： 重力G与支持力FN的合力F合是使火车转弯的向心力 铁路的弯道 ——如果外轨高于内轨 实际铁轨 思考：如果火车在转弯处的速度不等于规定速度，会发生怎样的情况？ 1.当v> ,合力不足以提供向心力，外轨对轮缘有挤压； 2.当v= ,合力恰好等于向心力，内外轨对轮缘都无挤压； 3.当v< ,合力大于向心力，内轨对轮缘有挤压。 我国铁路进行了数次大提速，时速不断提高。假设你是一位从事铁路设计的工程师，你认为火车提速有必要对铁路拐弯处进行改造吗？应如何改造？ 思考与讨论：高速公路转弯处和场地自行车比赛的赛道，路面往往有一定的倾斜度。说说这样设计的原因。 思考：质量为m 的汽车以恒定的速率v通过半径为r的拱桥，求汽车在桥顶时对路面的压力是多大？ 二、汽车过拱型桥 v R O G FN 汽车对桥的压力 汽车的速度越大,汽车对桥的压力越小 由上式和牛顿第三定律可知 根据牛顿第二定律 v2 R mg＝m mg FN FN＝0 时，汽车的速度为多大？ v＝ gR v2 R FN ＝mg－m 思考：若汽车通过拱桥的速度增大，会出现什么情况？ 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. 当 v< 时 当 v> 时 凹形桥 G FN R 例题、汽车以恒定的速率v通过半径为R的凹型桥的最低点时，如图所示，求汽车在最低点时对桥面的压力是多大？ 解：汽车通过底部时，受力情况如图： 由牛顿第二定律： 根据牛顿第三定律： FN’>G，即汽车对桥的压力大于其所受重力，处于超重状态 汽车对桥面的压力 超重失重状态 最高点 最低点 失重 超重 小结： 思考与讨论：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。地面上有一辆汽车在行驶。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零？这时驾驶员与座椅之间的压力是多少？…… v2 r FN ＝mg－m 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 . 失重 v＝ gR 当 时，座舱对航天员的支持力FN＝0 ，航天员处于完全失重. 有人把航天器失重的原因说成是它离地球太远，从而摆脱了地球引力，这种说法对吗？ 正是由于地球引力的存在，才使航天器连同其中的人和物体绕地球做圆周运动. v2 R mg－FN＝m 三、航天器中的失重现象 四、离心运动 做匀速圆周运动的物体，在所受合力突然消失，或者不足以提供圆周运动所需的向心力的情况下，就做逐渐远离圆心的运动。这种运动叫做离心运动。 1、离心运动： 2、物体作离心运动的条件： 3.离心运动的应用 （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 o F<mrω2 F 当网笼转得比较慢时，物体对水滴的附着力F足以提供所需的向心力， 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 ，于是水滴做离心运动，穿过网孔，飞到网笼外面。 v （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 当离心机转得比较慢时，缩口的阻力 F 足以提供所需的向心力，缩口上方的水银柱做圆周运动。当离心机转得相当快时，阻力 F 不足以提供所需的向心力，水银柱做离心运动而进入玻璃泡内。 （4）生产无缝钢管 （5）离心泵工作原理 （6）制作棉花糖 原理：内筒与洗衣机的脱水筒相似，里面加入白砂糖，加热使糖熔化成糖汁。内筒高速旋转，黏稠的糖汁就做离心运动，从内筒壁的小孔飞散出去，并迅速冷却凝固，变得纤细雪白，像一团团棉花。 问题： 要防止离心现象发生，该怎么办？ A、减小物体运动的速度，使物体做圆周运动时所需的向心力减小 B、增大合外力，使其达到物体做圆周运动时所需的向心力 4.离心运动的防止 （1）在水平公路上行驶的汽车转弯时 υ F < m υ r 2 F 汽车 在水平公路上行驶的汽车，转弯时所需的