2.3圆周运动的实例分析 2.4 圆周运动与人类文明 课件-2024-2025学年高一下学期物理教科版（2019）必修第二册

第二章 匀速圆周运动 第 三 节 圆周运动的实例分析 第 四 节 圆周运动与人类文明 第二章 匀速圆周运动 F压＝FN＝mg 水平桥 拱形桥 凹形桥 一、汽车过桥问题 第二章 匀速圆周运动 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． mg FN 由牛顿第三定律得，汽车通过桥的最高点时对桥的压力： 若汽车通过拱桥的速度增大，会出现什么情况？ 一、汽车过拱形桥 第二章 匀速圆周运动 v2 R mg＝m mg FN 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？ v＝ gR v2 R FN ＝mg－m 第二章 匀速圆周运动 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? mg FN a 由牛顿第三定律得，汽车通过桥的最低点时对桥的压力比汽车重力大 FN ＞mg 若汽车通过凹形桥的速度增大，会出现什么情况？ 一、汽车过凹形桥 第二章 匀速圆周运动 用模拟实验验证分析 注意观察指针的偏转大小 第二章 匀速圆周运动 F压＝FN ＜mg 失重 超重 F压＝FN ＝mg F压＝FN ＞mg 第二章 匀速圆周运动 二、旋转秋千 第二章 匀速圆周运动 在一根长为l的细线下面系一根质量为m的小球，将小球拉离竖直位置，使悬线与竖直方向成α角，给小球一根初速度，使小球在水平面内做圆周运动，悬线旋转形成一个圆锥面，这种装置叫做圆锥摆。 “旋转秋千” 物理模型： 圆锥摆 二、旋转秋千 第二章 匀速圆周运动 例、小球做圆锥摆时细绳长l，与竖直方向成α角，求小球做匀速圆周运动的角速度ω。 O mg T F 小球受力： 竖直向下的重力G 沿绳方向的拉力T 小球的向心力： 由T和G的合力提供 解： l 小球做圆周运动的半径 由牛顿第二定律： 即： r α 二、旋转秋千 第二章 匀速圆周运动 三、火车转弯 第二章 匀速圆周运动 11 11 火车在水平轨道（内外轨道一样高）上转弯时，所需的向心力由谁提供？ G 外轨 内轨 FN F 外轨对轮缘的弹力 三、火车转弯 第二章 匀速圆周运动 12 12 θ FN 在转弯处外轨略高于内轨 火车转弯所需的向心力的方向是在水平方向上还是在与斜面平行的方向上？ G O F合 θ 三、火车转弯 第二章 匀速圆周运动 13 13 O G FN F合 θ θ F合＝mg tanθ 轨道对轮缘无挤压，此时火车的速度为多大？ 火车转弯时所需的向心力 Fn = m v2 R v＝ gR tanθ 若火车的速度大于或小于这个值时，轨道对轮缘有挤压吗？ 三、火车转弯 第二章 匀速圆周运动 14 14 2、当 v＜ gR tanθ ： 1、当 v＞ gR tanθ ： G FN θ 轮缘受到外轨向内的弹力 G FN θ F F 轮缘受到内轨向外的弹力 三、火车转弯 第二章 匀速圆周运动 15 15 赛道的设计 三、火车转弯 第二章 匀速圆周运动 四、离心运动 O F合 = mω2r，物体做匀速圆周运动 F合＜mω2r ，物体做逐渐远离圆心的运动 F 合= 0 ，物体沿切线方向飞出远离圆心 1、定义：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时，做逐渐远离圆心的运动，这种运动叫做离心运动. 2、条件： 0 ≤F合＜mω2r 供<需 第二章 匀速圆周运动 17 离心抛掷 离心脱水 离心分离 离心甩干 3、离心运动的应用 四、离心运动 第二章 匀速圆周运动 用离心机把体温计的水银柱甩回玻璃泡内 制作棉花糖的原理： 内筒与洗衣机的脱水筒相似，里面加入白砂糖，加热使糖熔化成糖汁.内筒高速旋转，黏稠的糖汁就做离心运动，从内筒壁的小孔飞散出去，成为丝状到达温度较低的外筒，并迅速冷却凝固，变得纤细雪白，像一团团棉花. 四、离心运动 第二章 匀速圆周运动 四、离心运动 要使原来作匀速圆周运动的物体作离心运动，该怎么办？ 1、提高转速，使所需向心力增大到大于物体所受合外力. 2、减小合外力或使其消失. 供＝需 供<需 思 考 第二章 匀速圆周运动 四、离心运动 3、离心运动的防止 O F静 v 在水平公路上行驶的汽车，转弯时所需的向心力是由车轮与路面的静摩擦力提供的。如果转弯时速度过大，所需向心力Fn大于最大静摩擦力Fmax （Fmax不足以提供向心力），汽车将做离心运动而造成交通事故.因此，在公路弯道处，车辆行驶不允许超过规定的速度. 当 时，汽车做离心运动 Fmax＜m v2 r 第二章 匀速圆周运动 四、离心运动 高速转动的砂轮、飞轮等，都不得超过允许的最大转速。转速过高时，砂轮、飞轮内部分子间的相互作用力不足以提供所需向心力，离心运动会使它们破裂，酿成事故. O F v 第二章 匀速圆周运动 四、离心运动 思 考 要防止离心现象发生，该怎么办？ 1、减小物体运动的速度，使物体作圆周运动时所需的向心力减小. 2、增大合外力，使其达到物体作圆周运动时所需的向心力. 供<需 供＝需 第二章 匀速圆周运动 在古代乃至现代，人们都很崇尚圆周运动，因为在大家的严眼中，有太多的自然现象与圆有关。在人类发展的历程中应用圆周运动的发明和创造对推动社会进步气到了十分重要的作用。 圆周运动与古代文明 1.钻木取火 火的利用时人类社会文明进程中的重要里程碑。钻木取火，是通过转动木棒与木块摩擦发热，直到引起燃烧，这是早期人类利用圆周运动的一项发明。 五、圆周运动与人类文明 第二章 匀速圆周运动 2.陶器制作 陶器是古代文化的重要象征。5000多年前，我们的祖先就能利用圆周运动的道理，制造出精致的陶器制品。 商周时代陶瓷器 第二章 匀速圆周运动 3.车轮的发明 我们的祖先在5000多年前就已经发明了车轮。车轮的发明使人类开始走出肩挑、背扛的时代，为大量利用畜力、开展远距离运输和商贸活动创造了条件。 车轮第一次把圆周和直线运动联系起来，这是一个伟大的发明。 连轮子也能折叠的超级自行车 第二章 匀速圆周运动 26 4.机械能的利用 用水力把粮食皮壳去掉的机械叫水碓。 我国在汉代发明了水碓。 水 碓 shuǐ duì 水轮的发明推进了人类利用自然机械能的历史，利用水轮获得动力的水磨、水碓、水碾和水车展示了灿烂的古代文明。 水轮 水碾是石碾里面的一种。石碾最早见于东汉文献记载，可用人力、畜力或水力驱动。 水碾 shuǐniǎn 第二章 匀速圆周运动 即使在信息技术，数字技术越来越发达的当代，充分利用圆周运动仍然是十分必要的 机械化的实现 没有圆周运动的基础理论就不可能设计和制造齿轮和轴的机构， 没有齿轮和轴 就不可能有各种大型的、精密的、专用的或通用的机器； 不可能有金属切削机床、矿山机械、化工机械、能源机械、交通机械、仪器仪表和医疗卫生机械； 不可能有发电机、电动机。 离开齿轮和轴的传动链，任何一部分机器都会变成一堆废铁。 可以说，没有圆周运动就没有机械化和工业化。 圆周运动与工业技术 第二章 匀速圆周运动 圆周运动的应用解决了蒸汽技术中进一个世纪的困惑。没有圆周运动的应用，蒸汽机就只能停留在往复运动的状态，不能成为原动力，人类社会就不会产生工业革命. 圆周运动与工业技术 蒸汽机 詹姆斯·瓦特 第二章 匀速圆周运动 1.粒子物理和核物理实验 圆周运动与科学实验 回旋加速器 使带电粒子获得很高的能量 在粒子物理和核物理实验室中还有质子加速器、重离子加速器，它们大都利用圆周运动。 第二章 匀速圆周运动 圆周运动与航天技术 第二章 匀速圆周运动 21世纪是生命科学时代，各种生命体的基因图谱测序和解读是现代生命科学研究的最基本任务。告诉或超速离心机是基因提取中的关键设备，超速离心机转速高达80000r/min，不仅要求回转台具有极高的中心对称性，而且要在真空状态中运行。 3.生命科学 第二章 匀速圆周运动 32 $$