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

【教学重点】:分析具体问题中向心力的来源。 【教学难点】：各模型中对研究对象的受力分析。 人教版《物理》必修2 生活中的圆周运动 教学目标 加深对向心力的认识，会分析向心力的来源。理解铁路弯道和公路弯道及拱形桥等实际问题的设计原理。培养独立观察、合作探究、分析问题、解决问题的能力，提高概括总结知识的能力。 1 演示实验结合视频课件的同步展示，提出问题，学生猜想分析，小组探究，讨论总结。学生经历观察思考，自主探究，交流讨论等活动，能对火车转弯、汽车过拱形桥等模型受力分析并运用牛顿第二定律科学分析计算。 2 培养学生的团队精神和合作意识。通过向心力在具体问题中的应用，培养学生将物理知识应用于生活和生产实践的意识。通过生活生产实践中人类的聪明才智体会圆周运动的奥妙，培养学生学习物理知识的求知欲。 3 目标 1、物体做圆周运动时必须有力提供向心力——向心力是按效果命名的力。 2、向心力的特点 方向：总是指向圆心，作用效果只改变速度方向，由物体在半径方向上的合力提供。 大小：F= 3、物体做圆周运动的条件：F= ，其中F为提供物体做圆周运动的力，由物体受力情况决定； 为物体做圆周运动需要的力，由物体的运动情况决定。“供需平衡”时物体做圆周运动。 知识回顾 1 火车过弯 4 火车过弯 火车转弯是什么力提供向心力， 产生向心加速度？ 火车转弯实际是圆周运动， 因而具有向心加速度 火车过弯 （1）当铁路弯道内外轨一样高，火车受重力、支持力，外轨对轮缘的弹力。外轨对轮缘的弹力是火车转弯所需向心力的主要来源。，。但是火车质量太大，使轮缘与外轨间相互作用太大，不仅铁轨和车轮极易受损，还可能使火车侧翻。 如何解决？ （2）当外轨高内轨低时，火车受到的重力、支持力的合力提供向心力。 内外轨道倾斜角，轨道外轨高为H，内外轨道宽度为L，则： ; 很小时，; ; 则解出; 此时速度为转弯时的设计速度。 火车过弯 1 当 时，轮缘不受侧向压力，最安全的转弯速度； 2 时，轮缘受外轨向内的挤压力，外轨容易损坏； 3 当 时，轮缘受内轨向外的挤压力，内轨容易损坏。 火车过弯 当火车转弯时行驶速度大于或小于设计速度情况如何？ 铁路弯道处超速是火车脱轨和翻车的主要原因。 2 汽车过桥 9 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？ 汽车过桥 分析，汽车受重力mg和支持力Fn的合力提供汽车做圆周运动的向心力； 则mg-Fn= ; ∴Fn=mg- ; 可见汽车速度越大对桥的压力越小； v=gr时汽车对桥的压力为0（临界速度）； 由于加速度a竖直向下，属于失重现象。 当v>v临界， 汽车做什么运动？ 汽车过桥 汽车飞离桥面做平抛运动。 汽车过桥 当汽车过凹桥时，求汽车以速度过半径为r的凹形路面最低点时对凹路面的压力？ 分析，汽车受重力mg和支持力Fn的合力提供汽车做圆周运动的向心力； 则; ； 可见汽车速度越大对桥的压力越大； 由于加速度竖直向上，属于超重现象。 小结 拱桥： Fn=mg-m·v²/r 1 2 凹桥： Fn=mg+m·v²/r 水平路面： Fn=mg 2 思考 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。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？ 3 航天器的失重现象 15 航天器的失重现象 假设宇宙飞船总质量为，它在地球表面附近绕地球做匀速圆周运动，其轨道半径近似等于地球半径，航天员质量为，宇宙飞船和航天员受到的地球引力近似等于他们在地面上的重力．试求座舱对宇航员的支持力为零时飞船的速度多大？通过求解，你可以判断此时的宇航员处于什么状态（超重或失重）。 解：分析，对于宇航员，重力提供向心力： ； ； 此时人对座椅的压力为0，宇航员处于完全失重状态。 4 离心运动 17 离心运动 思考 绳拴着小球在水平面做匀速圆周运动时，小球所需的向心力由绳的弹力提供，若m、r、一定，向心力。若突然松手小球将怎样运动？若绳的拉力F小于它做圆周运动所需的向心力，小球将怎样运动？ 离心运动： 做圆周运动的物体，在提供的向心力突然消失，或者不足以提供圆周运动所需向心力情况下，就做逐渐远离圆心的运动。 离心运动 当F（供）=F（需向）时 圆周运动 当F（供）＜F（需向）时 离心运动 向心运动 当F（供）＞F（需向）时 离心运动 当F（供）=F（需向）时 离心运动的运用 转动雨伞甩干 洗衣机离心脱水 血液中血浆与红细胞的分离 离心运动 当F（供）=F（需向）时 离心运动的防止 高速转动的砂轮、飞轮，都不能超过允许的最大转速。 5 拓展 22 拓展 轻绳、圆内轨道模型 最高点： 小球恰好过最高点的条件： 绳（圆轨）对小球