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 课前回顾： 常用向心力公式： 常用向心加速度： 课前回顾： 忽略空气阻力情况下，什么力提供向心力？ 重力与拉力的合力提供向心力 mg FT Fn 一、火车转弯模型： 1.正常行驶时，火车轨道的内外轨是一样高的。如果在火车转弯时，火车在这样的轨道上行驶会发生什么？ 一、火车转弯模型： 一、火车转弯模型： 转弯时，需要有力提供向心力，如果内外轨道一样高，向心力将全部由外轨道对车轮的支持力提供，会使得外轨道很容易被挤压损坏 一、火车转弯模型： 2.如果外轨略高于内轨，情况又如何呢？我们如何计算这种情况下的向心力呢？ 此时重力与支持力的合力提供向心力，如轨迹2所示，可以减少车轮对外轨的压力 一、火车转弯模型： 3.火车转弯的临界速度的推导：我们先假设火车某次过倾角为θ的弯道时，火车与轨道之间没有挤压，求此时的速度v0：火车转弯的向心力由重力与轨道对火车的支持力提供. 根据向心力公式： 因此可以解得： 一、火车转弯模型： 4.火车转弯时速度和轮缘与轨道之间的相互作用 由以上分析可以看到，根据弯道半径和规定的行驶速度，选择合适的内外轨的高度差h ,可以使火车转弯时所需向心力几乎完全由重力和支持力的合力提供。 （1）如果火车行驶速度v=v0： （2）如果火车行驶速度v>v0： （3）如果火车行驶速度v<v0： 车轮不受两侧压力，此时为最安全的过弯速度 车轮受外轨向内的挤压，此时外轨易损坏 车轮受内轨向外的挤压，此时内轨易损坏 随堂练1： 2.火车以半径R=900m转弯，火车质量为8×105kg ，速度为30m/s，火车轨距 =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tanθ=sinθ，g=10m/s2） h mg mg 二、汽车过拱形桥和凹形桥模型： 1.汽车过拱形桥 质量为m的汽车在拱形桥上以速度v行驶，若桥面的圆弧半径为R，试画出受力分析图，分析汽车通过桥的最高点时对桥的压力． 由牛顿第三定律得，汽车通过桥的最高点时对桥的压力： mg FN 2.汽车过凹形桥 下面自己分析汽车通过凹形桥最低点时，汽车对桥的压力比汽车的重力大些还是小些? 二、汽车过拱形桥和凹形桥模型： 由牛顿第三定律得，汽车通过桥的最高点时对桥的压力 mg FN 【课堂小结】 失重 超重 1.一汽车通过拱形桥顶点时速度为10 m/s，车对桥顶的压力为车重的3/4，如果要使汽车在桥顶对桥面没有压力，车速至少为(g取10 m/s2) (　　) A．15 m/s B．20 m/s C．25 m/s D．30 m/s 随堂练2： B 2.一辆汽车匀速通过半径为R的圆弧拱形路面，关于汽车受力情况，下列说法正确的是（ ） A、汽车对路面的压力大小不变，总是等于汽车的重力 B、汽车对路面的压力大小不断发生变化，总是小于汽车所受重力 C、汽车的牵引力不发生变化 D、汽车的牵引力逐渐变小 随堂练2： BD 三、航天器中的失重现象： 1.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？…… 2.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？ 具备向上的加速度，超重 可以，当支持力为0时，重力提供向心力 此时重力不会有其他作用效果，即驾驶员与座椅处于完全失重状态，两者之间的压力为0 三、航天器中的失重现象： 3.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？ 4.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？ 5.当 时，座舱对航天员的支持力为多少？ 失重 错误，正是由于地球引力的存在，才能使航天器绕地球做圆周运动 即重力提供向心力，物体处于完全失重，支持力为0 四、离心运动： 1.如果旋转桌子的速度较小，物品能随着桌子一起转动；如果速度变大，物体将会“飞出去”，这是什么原因呢？ 当v增大时，摩擦力不足以提供向心力，故物体会远离圆心 四、离心运动： 2.请总结离心运动的定义以及产生条件 定义： 条件： 做匀速圆周运动的物体，所受合力突然消失或者合力不足以提供向心力时