6.4 生活中的圆周运动-2023-2024学年高一物理同步精讲课件（人教版2019必修第二册）

6.4 生活中的圆周运动 水平面内的圆周运动 竖直面内的圆周运动 航天器中的失重现象 离心运动 目录 CONTENTS 1 2 4 3 2.向心力的大小： Fn＝mω2r 课前复习 Fn=m Fn=m()2r Fn=mωv Fn=m(2 n)2r 1.向心力的来源：向心力是根据力的作用效果命名的，它是由 某个力或几个力的合力或某个力的分力提供的。 提供物体做圆周运动沿半径方向的合力 物体做圆周运动所需的向心力 物体做匀速圆周运动的条件 “供”“需” 平衡 一.水平面内的圆周运动 1.火车转弯 （1）轨道结构 平直轨道行使时，火车受力情况：重力、铁轨的支持力、机车的牵引力、空气及铁轨的阻力。 N G F 在水平弯道上转弯时，火车受力情况：重力、铁轨的支持力、机车的牵引力、空气及铁轨的阻力等。 谁提供向心力？外侧轨道对轮缘的压力F 根据牛顿第二定律F=m 可知 R V2 外轨对轮缘的弹力很大 外轨和轮缘之间的磨损大，铁轨容易损坏，怎么办？ 火车的向心力：由G和N的合力提供 当外轨略高于内轨时： 火车受力：垂直轨道面的支持力N α G N F α F=mgtanα =m v2 r 注意这时的向心力是水平的 （2）受力分析 （3）临界条件 1）当火车行驶速率v=v0时， 轨道对轮缘没有侧压力。 2）当火车行驶速率v>v0时， 外轨对外侧轮缘有侧压力。 火车行驶速率v>vo G N 3）当火车行驶速率v<v0时， 内轨对内侧轮缘有侧压力。 例1火车铁轨转弯处外轨略高于内轨的原因是（ ） A．为了使火车转弯时外轨对轮缘的压力提供圆周运动的向心力 B．为了使火车转弯时的向心力由重力和铁轨对车的弹力的合力提供 C．以防列车倾倒造成翻车事故 D．为了减小火车轮缘与外轨的压力 BD 练一练： 9 练一练： CD 2.圆锥摆模型 O' O R θ ω m mg FN F合 O' O θ l m T TX Ty （1）受力分析 例3 （2021·云南·高一期末）如图所示，质量为m的小球用细线悬于B点，使小球在水平面内做匀速圆周运动，重力加速度为g。若悬挂小球的细线长为l，细线与竖直方向的夹角为θ，小球做匀速圆周运动的角速度为Ω，下列说法错误的是（　　） A．小球做圆周运动的向心力大小为 B．细线对小球的拉力为 C．小球的向心力为 D．小球做圆周运动的周期为 C 练一练： 12 二.竖直面内的圆周运动 例 有一辆质量为500kg的汽车以v=10m/s的速度通过半径为R=50m的拱形桥。它经桥的最高点时对桥的压力为多大？(g=10m/s2) G N a 汽车对桥的压力N´= N 汽车的速度越大，汽车对桥的压力越小。 = 4000N 1.汽车过拱形桥 支持力和重力的合力提供向心力 失重 G N a 汽车的速度越大，汽车对桥的压力越小。 汽车的速度多大时，汽车对桥无压力？ N=0时， 此时汽车做平抛运动。 完全失重 G N 支持力和重力的合力提供向心力 汽车对桥的压力N´= N 汽车的速度越大，汽车对桥的压力越大。 a 例 有一辆质量为500kg的汽车以v=10m/s的速度通过半径为R=50m的凹形桥。它经桥的最低点时对桥的压力为多大？(g=10m/s2) = 6000N 1.汽车过拱形桥 超重 2.过山车，水流星，绳球模型 R v 轨道 T mg v mg 1.最高点临界条件 v 临 临界时只受重力 mg=Fn 2.最低点绳的拉力:T-mg=Fn T=mg+Fn T 练一练： 例4 绳子系着装有水的木桶，在竖直面内做圆周运动，水的质量m=0.5kg，绳子长度为L=60cm，求： （1）最高点水不留出的最小速度？ （2）设水在最高点速度为v=3m/s，求水对桶底的压力？ “水流星”问题 3.管球模型，杆球模型 【例5】【2020年上海卷】如图所示，将内壁光滑的金属细管制成半径为R的圆环，竖直放置，轻轻扰动静止于圆环最高点A处的小球，小球开始沿细管做圆周运动。已知小球的质量为m。则小球到达最低点时的向心加速度大小为______；小球回到A点时受到的向心力为______。 非匀速圆周运动的临界问题——轻杆模型 地球也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？ 这个速度为多大？ 思考： 三.航天器中的失重问题 只有重力提供向心力 其中R地=6400Km 第一宇宙速度 完全失重 四.离心运动 做匀速圆周运动的物体，在所受合力突然消失，或者不足以提供圆周运动所需的向心力的情况下，就做逐渐远