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

6.4 生活中的圆周运动 人教版 高中物理必修二 火车转弯 02 “空杯起球”实验 01 汽车转弯 03 汽车过拱形桥 04 CONTENTS 目录 空杯起球实验 PART 01 “空杯起球”实验展示 引入课堂 火车转弯 PART 02 如果你自己就是工程师，能否让火车运行的更加安全 问题1：作为工程师的我们，首先思考一下，火车在转弯的过程中做的是什么运动？做这种运动的条件是什么呢？ 问题与思考 匀速圆周运动 条件：物体所受合力充当圆周运动所需的向心力。 问题2：请工程师们讨论一下，在设计转弯处的铁轨时，先从力学的角度考虑提供，还是先从运动学的角度考虑需要呢？ 问题与思考 问题2：请工程师们讨论一下，在设计转弯处的铁轨时，先从力学的角度考虑提供，还是先从运动学的角度考虑需要呢？ 问题与思考 对于铁路的弯道，火车的行驶手册中对转弯的半径和运行的速度都有明确的要求，因此，先从运动学的角度考虑，其需要的向心力是确定的。 问题3：请各位工程师结合桌面上模型分析一下，如果铁路弯道的内外轨一样高，火车转弯过程中需要的向心力由谁来提供？ 问题与思考 轮缘 展示手工的火车轨道 问题与思考 问题3：请各位工程师结合桌面上模型分析一下，如果铁路弯道的内外轨一样高，火车转弯过程中需要的向心力由谁来提供？ 问题与思考 G FN F 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。 问题与思考 问题4：基于铁轨耐正压不耐侧压的特性，请工程师们思考应该如何改进，并说明这样做的好处是什么？ 倾斜 外轨略高于内轨 减小侧向弹力 θ FN G O 问题与思考 问题5：请工程师们思考火车抬高的角度是任意的吗？如果不是，外轨抬高的角度与什么有关呢？试通过计算说明。 O G FN F合 θ θ F合＝mg tanθ 火车转弯时所需的向心力 Fn = m v2 R tanθ = v2 gR 问题与思考 问题6：对于已经垫高适当角度的铁轨，若司机不按照规定的速度行驶，请工程师们讨论一下，从供需关系的角度分析，猜想火车会挤压哪一侧的轨道？ 当 v＜ gR tanθ ： 当 v＞ gR tanθ ： 速度过大时，轮缘受到外轨向内的弹力 速度过小时，轮缘受到内轨向外的弹力 中国高铁高速发展，高铁建设里程近四万公里 试分析，高速列车若仍用原火车原线路运行，有风险吗？ 汽车转弯 PART 03 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倾斜的，外高内低。 N Fn mg 汽车转弯 汽车过拱形桥 PART 04 24 问题1：汽车过拱形桥时，在最高点时，车对拱形桥的压力怎样？ mg FN v2 R mg－FN＝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 01 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2：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 问题与探究 01 演示实验 利用自制教具“凹凸桥演示器”进行验证，增大小球速度使得从桥面飞离做平抛运动的现象。 　　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？…… 拓展 03 人教版 高中物理必修二 第4节 生活中的圆周运动 谢谢观看 $$