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 Circular motion in our life 1 学习目标 1.能定性分析火车外轨比内轨高的原因。 2.能定量分析汽车在过拱形桥最高点和凹形桥最低点的压力问题。 3.知道航天器中的失重现象的本质。 4.知道离心运动及其产生的条件，了解离心运动的应用和防止。 目录 01火车转弯 02 汽车过拱形桥 03 航天器中的失重现象 04 离心运动 3 火车转弯 01 4 问题 在铁路转弯处，稍微留意一下，就能发现，内、外轨道的高度略有不同。你能解释其中的原因吗？ 圆周运动是一中常见的运动形式，在生活中具有广泛的应用 火车转弯 火车转弯时实际是在做圆周运动，因而具有向心加速度。是什么力使它产生向心加速度?与汽车轮胎不同的是，火车的车轮上有突出的轮缘 6 火车转弯 如果铁路内外轨一样高，火车转弯时，向心力由什么提供？ 外轨对轮缘的弹力是火车转弯所需向心力的主要来源。 7 火车转弯 如果在弯道处使外轨略高于内轨，又将如何呢？ mgtanθ=m 8 火车转弯 分析转弯时不同速度对轨道的影响 当 θ 很小时，由近似思想可知： tan θ = sin θ = ,易知v0= h l 1.当 v=v0时，火车对内外轨道都不产生挤压 2.当 v>v0时，火车对外轨道产生挤压 3.当 v<v0时，火车对内轨道产生挤压 拓展 汽车在水平路面上转弯时，由什么力提供向心力？ 汽车侧向所受的静摩擦力 Ff=m 实际上，赛道和公路弯道又是如何呢？ 路面是倾斜的，外高内低 将路面倾斜的原因是让支持力与竖直方向成一角度，这样支持力的水平分力就可以提供部分向心力，减小静摩擦力的负担。 从这个例子我们可以再一次看出，向心力是按效果命名的力，任何一个力 或几个力的合力，只要它的作用效果是使物体产生向心加速度，它就是物 体的向心力。如果认为做匀速圆周运动的物体除了受到另外物体的作用， 还要在受一个向心力，那就不对了。 12 汽车过拱形桥 02 13 汽车过拱形桥 分析汽车在最高点最低点向心力的来源 汽车通过拱形桥 拱形桥： G-FN=m 汽车过凹形桥 凹形桥： FN-G= m 14 例题 有一辆质量为 800 kg 的小汽车驶在圆弧半径为 50 m 的拱桥。（ g =10 N/kg ） （1）汽车到达桥顶时速度为 5 m/s ，汽车对桥的压力是多大？ （2）汽车以多大速度经过桥顶时恰好腾空，对桥没有压力？ （3）汽车对地面的压力过小是不安全的。从这个角度讲，汽车过桥的速度 不能过大。对于同样的车速，拱桥圆弧的半径大些比较安全，还是小些比较安全？ （1）N=7600 N （2）v=10 m/s （3）半径大些更安全 15 思考 汽车在拱形桥上但不在最高点时，又该如何分析汽车所受的向心力？ 将重力沿半径方向、切线方向进行正交分解， 由重力沿半径方向的分力、支持力的合力提供向心力。 思考与讨论 可以把地球看作一个巨大的拱形桥，桥面的半径就是地球的半径R。地面上有一辆汽车在行驶， 所受重力G=mg，地面对它的支持力为N。 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？驾驶员各部分之间的压力是多少？他这时可能有什么感觉？ 17 航天器中的 失重现象 03 18 航天器中的失重现象 上面“思考与讨论”中描述的场景其实已经实现了， 不过不是在汽车上，而是在航天器中。我们以绕地球做匀速圆周运动的宇宙飞船为例做些说明。 当飞船距地面高度为100~200km时，他的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受到的重力mg。 当飞船的运行速度达到多少时，航天员处于完全失重状态？ 19 航天器中的失重现象 1 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，这是错误的。正是由于地球引力的存在，才使航天器连同其中的成员有可能做环绕地球的圆周运动。 2 这里的分析仅仅针对圆轨道而言。其实任何关闭了发动机，又不受阻力的飞行器的内部，都是一个完全适中的环境。例如向空中任何方向抛出的容器，其中的所有物体都处于完全失重状态。 20 离心运动 04 22 离心运动 做圆周运动的物体，由于惯性，总有沿着切线方向飞出去的倾向。但是物体没有飞出去，这是因为向心力在拉着它，使它与圆心的距离保持不变。一旦向心力突然消失，物体就会沿切线方向飞出去。 除了向心力突然消失这种情况外，在合力不足以提供所需的向心力时，物体虽然不会沿切线飞去，也会逐渐远离圆心。 这里描述的运动叫离心运动。 23 离心运动的应用 洗衣机脱水时利用离心运动把附着在物体上的水分甩掉；纺织厂也用