6.4 生活中的圆周运动(1) 课件-2024-2025学年高一下学期物理人教版（2019）必修第二册

第六章 圆周运动 6.4 生活中的圆周运动 1. 能定性分析火车外轨比内轨高的原因。 2. 能定量分析汽车过拱形桥最高点和凹形桥最低点的压力问题。 3. 知道航天器中的失重现象的本质。 4. 知道离心运动及其产生条件，了解离心运动的应用和防止。 学习目标 铁路的弯道 问题：火车转弯是什么力提供向心力？ 一、火车转弯 铁轨模型 结论 外轨 内轨 外轨对轮缘的弹力提供向心力 铁路的弯道 思考：火车质量、速度比较大，故所需向心力也很大。挤压的后果会怎样? O F G FN 轮缘 由于该弹力是由轮缘和外轨的挤压产生的,且火车质量很大,故轮缘和外轨间的相互作用力很大,易损坏铁轨. 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 R 5 5 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？ 6 6 当 v＜ gR tanθ ： 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 7 7 例1、火车以半径R= 900 m转弯，火车质量为8×105kg ，速度为30m/s，火车轨距l=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） FN mg F θ h 由力的关系得： 由向心力公式得： 由几何关系得： 解： =0.14m 拱形桥 （凸形桥） 凹形桥 水平桥 二、汽车过拱形桥 问题1：汽车静止在桥上与通过平桥时，受力怎样？ 问题2：汽车过拱形桥时，在最高点时，车对凸桥的压力又怎样？ mg FN v2 R mg－FN＝m v2 R FN ＝mg－m v2 R F压＝FN ＝mg－m 汽车对桥的压力小于其所受重力，即处于失重 FN ＜mg 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3：汽车过拱形桥时，运动速度变大，车对凸桥的压力如何变化？ mg FN 临界速度 问题4：汽车过凹形桥时，在最低点时，车对凹形桥的压力又怎样？ FN mg v2 R FN ＝mg + m v2 R F压＝FN ＝mg + m v2 R FN－mg＝m 汽车对桥的压力大于其所受重力，即处于超重 若汽车通过凹桥的速度增大，会出现什么情况？ FN ＞mg 例1.一辆卡车在丘陵地匀速行驶,地形如图所示,由于轮胎太旧,途中爆胎,爆胎可能性最大的地段应是( ) A. a处  B. b处   C. c处    D. d处 a b c d D 例2. 一辆质量 m =2 t 的轿车，驶过半径 R = 50 m 的一段凸形桥面，g 取 10 m/s2，求: (1) 轿车以 10 m/s 的速度通过桥面最高点时，对桥面的压力是多大? (2) 在最高点对桥面的压力等于轿车重力的一半时，车的速度大小是多少? 16000 N 地球可以看作一个巨大的拱型桥，其半径就是地球半径R= 6400km，若汽车不断加速，则地面对它的支持力就会变小，汽车速度多大时，支持力会变成零FN=0？ 此时司机处于完全失重状态。 由 得 三、航天器中的失重现象 v2 r FN ＝mg－m 航天器绕地球做匀速圆周运动，假设它的线速度的大小为v ，轨道半径近似等于地球半径R ，航天员受到的地球引力近似等于他在地面测得的重力mg . v＝ gR 当 时，座舱对航天员的支持力FN＝0 ，航天员处于完全失重. 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？ 正是由于地球引力的存在，才使航天器连同其中的人和物体绕地球做圆周运动. v2 R mg－FN＝m FN ＜mg 失重 O F合 = mω2r， F合＜mω2r ， F 合= 0 ， 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 物体沿切线方向飞出远离圆心 物体做匀速圆周运动 物体做逐渐远离圆心的运动 四、离心运动 (1) 当 F＝mω2r 时，物体做匀速圆周运动； (2) 当 F＝0 时，物体沿切线方向飞出； (3) 当 F＜mω2r 时，物体逐渐远离圆心； (4) 当 F＞mω2r 时，物体逐渐靠近圆心。 理解： （1）物体做向心运动，是外界提供的向心力过大。 （1）物体做离心运动，是外界提供的向心力不足或突然消失。 离心运动的应用 离心抛掷 离心甩干 离心脱水 离心分离 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 离心运动的防止 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 为什么转动的砂轮、飞轮等都要限速？ 1. 如图所示，光滑水平面上，质量为 m 的小球在拉力 F 作用下做匀速圆周运动。若小球运动到 P 点时，拉力 F 发生变化，下列关于小球运动情况的说法中正确的是( 　　) BC 若拉力突然变大，小球将沿轨迹 Pb 做离心运动 B. 若拉力突然变小，小球将沿轨迹 Pb 做离心运动 C. 若拉力突然消失，小球将沿轨迹 Pa 做离心运动 D. 若拉力突然变小，小球将沿轨迹 Pc 做近心运动 二.拱形桥1. 汽车过拱形桥时,对桥面的压力与重力比较 2.圆周运动中的超重、失重情况． 三.航天器中的失重现象重力提供自身做圆周运动向心力 四.离心运动 1.离心现象的分析与讨论． 2.离心运动的应用和防止． 课堂小结 火车转弯规定: v过大时:外侧轨道与轮之间有弹力 v过小时:内侧轨道与轮之间有弹力 一.铁路的弯道 1. 向心力的来源:A外轨高于内轨时,重力与支持力的合力是使火车转弯的向心力B轮缘 2转弯处的半径和火车运行速度的条件限制. $$