6.4 生活中的圆周运动 课件-2023-2024学年高一下学期物理人教版（2019）必修第二册

生活中的圆周运动 1.火车拐弯 2.汽车过拱形桥 3.航天器的失重现象 4.离心运动 1 2. 物体做匀速圆周运动时，必须有力提供 1. 向心力是按效果命名的力 向心力 3. 向心力的特点： 方向：随时改变，总是指向圆心 作用效果：只改变速度的方向 向心力是合力 大小： 知识回顾 火车车轮有突出的轮缘 重点一：火车转弯 3 3 G FN F 外轨对轮缘的弹力 火车在水平轨道（内外轨道一样高）上转弯时，所需的向心力由谁提供？ 内轨 外轨 重点一：火车转弯 4 4 θ FN G O F合 θ 火车转弯所需的向心力的方向是在水平方向上还是在与斜面平行的方向上？ 在转弯处外轨略高于内轨 重点一：火车转弯 5 5 O G FN F合 θ θ F合＝mg tan θ 火车转弯时所需的向心力 Fn = m v2 R v＝ gR tan θ 若火车的速度大于或小于这个值时，轨道对轮缘有挤压吗？ 轨道对轮缘无挤压，此时火车的速度为多大？ 重点一：火车转弯 6 6 2.当 v＜ gR tan θ ： 1.当 v＞ gR tan θ ： G FN θ 轮缘受到外轨挤压的弹力 G FN θ F F 轮缘受到内轨挤压的弹力 重点一：火车转弯 重点一：火车转弯 速度过大 挤压外轨 速度过小 挤压内轨 7 7 赛道的设计 重点一：火车转弯 重点一：火车转弯 重点一：火车转弯 类似的案例 室内自行车赛 重点一：火车转弯 重点一：火车转弯 重点一：火车转弯 类似的案例 旋转飞椅 重点一：火车转弯 重点一：火车转弯 重点一：火车转弯 类似的案例 小球在漏斗里做圆周运动 圆锥摆 重点一：火车转弯 重点一：火车转弯 重点一：火车转弯 类似的案例 1、火车以半径R= 900 m转弯，火车质量为8×105 kg ，速度为30 m/s，火车轨距l=1.4 m，要使火车通过弯道时仅受重力与轨道的支持力，轨道应该垫的高度h ？（θ 较小时tan θ=sin θ ） FN mg F θ h 由力的关系得： 由向心力公式得： 由几何关系得： 解： =0.14 m 课后练习 处理圆周运动问题的基本思路： 1）找到圆周运动的圆平面，确定圆心找到半径 2）受力分析，找到向心力的来源； 3）利用三角函数联立求解 重点二：汽车过桥 拱形桥 水平桥 凹形桥 FN＝mg 黄石长江大桥 当 时汽车对桥的压力为零。（临界速度） 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？ 【解】G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： 可见汽车的速度越大对桥的压力越小。 N G 当ｖ大于ｖ临界时，汽车做什么运动？ 飞离桥面 做平抛运动！ 由于加速度ａ竖直向下，属失重现象。 m 重点二：汽车过桥 泸定桥 FN G 【解】G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： 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。 m 2.求汽车过凹形路段最低点时对路面的压力？ 重点二：汽车过桥 用模拟实验验证分析 注意观察指针的偏转大小 重点二：汽车过桥 失重 超重 FN=G 重点二：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 课后练习 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 ( )（多选） 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 BC 课后练习 　　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？…… 此描述中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． 思考与讨论 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 重点三：航天器中的失重现象 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