6.4 生活中的圆周运动 课件-2024-2025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 观察火车在直道上行驶和在弯道上行驶时轨道的不同。 一、火车转弯 火车转弯时实际是在做圆周运动，因而具有向心加速度。是什么力使它产生向心加速度？ 一、火车转弯 火车车轮的结构 一、火车转弯 铁轨 踏面 轮缘 火车转弯时可看做匀速圆周运动，如果火车内外轨道一样高。火车受哪些力？那个力提供向心力？ 一、火车转弯 铁轨 踏面 轮缘 火车转弯时可看做匀速圆周运动，如果火车内外轨道一样高。火车受哪些力？那个力提供向心力？外轨对轮缘向内的挤压力提供火车转弯的向心力。 一、火车转弯 铁轨 踏面 轮缘 【例题1】 有一节质量为60 t的火车车厢,以72 km/h的速率匀速通过一个内外轨一样高的弯道,轨道半径为400 m。(g取10 m/s2)。试计算铁轨受到的侧压力大小。 解析:v=72 km/h=20 m/s,外轨对轮缘的侧压力提供火车转弯所需要的向心力 所以有 一、火车转弯 FN = m N = 6×104 N 铁轨 踏面 轮缘 如果火车外轨道比内轨道高。火车经过弯道时受力上有什么特点呢？ 一、火车转弯 质量为m的火车转弯时，做匀速圆周运动的轨道半径为r，轨道的倾角为θ，求火车速度多大时对轨道无侧向压力（向心力完全由重力和支持力的合力提供）。 一、火车转弯 质量为m的火车转弯时，做匀速圆周运动的轨道半径为r，轨道的倾角为θ，求火车速度多大时对轨道无侧向压力（向心力完全由重力和支持力的合力提供）。 解： 故，火车转弯规定临界速度为: 一、火车转弯 一般限速都是由施工，公务段报给调度所，调度所发调令给机务段。出勤时，出勤机调员会交付给司机担当区段的限速命令，司机需要筛选，核对，摘抄。 解： 故，火车转弯规定临界速度为: 一、火车转弯 h L LKJ设备就是列车运行监控装置，简称LKJ，是我国列车运行控制系统体系的组成部分，可用于防止列车冒进信号、运行超速事故，辅助机车司机提高操纵能力，是重要行车设备之一。 一、火车转弯 思考与讨论：高速公路转弯处和场地自行车比赛的赛道，路面往往有一定的倾斜度，说说为什么这样设计？ 一、火车转弯 思考与讨论：公路上的拱形桥是常见的，为什么拱形桥比凹形桥更普遍呢？ 二、汽车过桥 凹形桥 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，当汽车通过桥的最高点时，汽车对桥的压力多大？ 二、汽车过桥－拱形桥 r 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，当汽车通过桥的最高点时，汽车对桥的压力多大？ 解：汽车经过拱形桥最高点时其圆周运动的 圆心在其正下方。向心力指向圆心。 二、汽车过桥－拱形桥 r 失重 质量为m的汽车在凹形桥上以速度v行驶，若桥面的圆弧半径为r，当汽车通过桥的最底点时，汽车对桥的压力多大？ 二、汽车过桥－凹形桥 r 质量为m的汽车在凹形桥上以速度v行驶，若桥面的圆弧半径为r，当汽车通过桥的最底点时，汽车对桥的压力多大？ 解：汽车经过凹形桥最底点时其圆周运动的 圆心在其正上方。向心力指向圆心。 二、汽车过桥－凹形桥 r 超重 思考与讨论：公路上的拱形桥是常见的，为什么拱形桥比凹形桥更普遍呢？ 二、汽车过桥 凹形桥 拱形桥 思考与讨论：可以把地球看作一个巨大的拱形桥（图6.4-6），桥面的半径就是地球的半径R。地面上有一辆汽车在行驶，所受重力G＝mg，地面对它的支持力是FN。 根据上面的分析，汽车速度越大，地面对它的支持力就越小。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0？这时驾驶员与座椅之间的压力是多少？驾驶员躯体各部分之间的压力是多少？他这时可能有什么感觉？ 二、汽车过桥 mg FN 思考与讨论：可以把地球看作一个巨大的拱形桥（图6.4-6），桥面的半径就是地球的半径R。地面上有一辆汽车在行驶，所受重力G＝mg，地面对它的支持力是FN。 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0？这时驾驶员与座椅之间的压力是多少？驾驶员躯体各部分之间的压力是多少？他这时可能有什么感觉？ 二、汽车过桥 mg FN 上面“思考与讨论”中描述的场景其实已经实现了，不过不是在汽车上，而是在航天器中。我们以绕地球做匀速圆周运动的宇宙飞船为例作些说明（向心力来自地球的万有引力）。 当飞船距地面高度为100～200km时，它的轨道半径近似等于地球半径R=6400km，航天员受到的地球引力近似等于他在地面受到的重力mg。当v＝=8×103m/s时座舱对航天员的支持力FN＝0，航天员处于完全失重状态。 二、汽车过桥 三、离心运动 三、离心运动 做圆周运动的物体，由于惯性，总有沿着切线方向飞出去的倾向。但是物体没有飞出去，这是因为向心力在拉着它，使它与圆心的距离保持不变。一旦向心力突然消失，物体就会沿切线方向飞出去。除了向心力突然消失这种情况外，在合力不足以提供所需的向心力时，物体虽然不会沿切线飞去，也会逐渐远离圆心。这里描述的运动叫作离心运动。 三、离心运动 物体做匀速圆周运动的原因： Fn表示需要多大的向心力才能使物体沿圆周做匀速圆周运动（需）。 F合表示外界提供给做圆周运动物体的合力（供）。 当供需平衡时，物体就被约束在圆周轨道上 做匀速圆周运动。 三、离心运动 物体做离心运动的原因： Fn表示需要多大的向心力才能使物体沿圆周做匀速圆周运动（需）。 F合表示外界提供给做圆周运动物体的合力（供）。 当供需不平衡，且需要的向心力大于外界提供的 合力时，外力就不够约束物体在圆周轨道上，物体做 远离圆心的运动—离心运动。 三、离心运动 物体做向心运动的原因： Fn表示需要多大的向心力才能使物体沿圆周做匀速圆周运动（需）。 F合表示外界提供给做圆周运动物体的合力（供）。 当供需不平衡，且外界提供的合力大于需要的向心力时，外力将物体拉向圆心的能力过大，物体做靠近圆心的运动—向心运动。 三、离心运动 离心运动有益的应用：离心沉淀器、甩干机、棉花糖 三、离心运动 离心运动的危害：车速过快的侧翻，转速过快的解体 三、离心运动 思考与讨论： 如果火车在转弯处的速度大于规定速度，会对哪个轨道有挤压？如果小于呢？ (1)转弯速度大于临界速度时：外侧轨道与轮之间有弹力（车轮挤压外轨） 当v>v临界时，Fn>FGN，则火车出现离心现象， 车轮挤压外轨，外轨对车轮有向内的挤压力。 四、火车转弯问题的讨论 F压 思考与讨论： 如果火车在转弯处的速度小于规定速度，会对哪个轨道有挤压？如果小于呢？ (2)转弯速度小于临界速度时：内侧轨道与轮之间有弹力（车轮挤压内轨） 当v<v临界时，Fn<FGN，则火车出现向心现象， 车轮挤压内轨，内轨对车轮有向外的挤压力。 四、火车转弯问题的讨论 F压 五、汽车转弯是否安全的讨论 3. 质量为2.0×103 kg的汽车在水平公路上行驶，轮胎与路面间的最大静摩擦力为1.4×104 N。汽车经过半径为50 m的弯路时，如果车速达到72 km/h，这辆车会不会发生侧滑？ 课堂练习 例1　在修筑铁路时，弯道处的外轨会略高于内轨．如图所示，当火车以规定的行驶速度转弯时，内、外轨均不会受到轮缘的挤压，设此时的速度大小为v，重力加速度为g，两轨所在面的倾角为θ，则(　　) A．该弯道的半径r＝ B．当火车质量改变时，规定的行驶速度大小也随之改变 C．当火车速率大于v时，内轨将受到轮缘的挤压 D．当火车速率大于v时，外轨将受到轮缘的挤压 课堂练习 针对训练1　(2021·苏州中学园区校期中)如图，一质量为2.0×103 kg的汽车在水平公路上行驶，路面对轮胎的径向最大静摩擦力为1.4×104 N，当汽车经过半径为80 m的弯道时，下列判断正确的是(　　) A．汽车转弯时所受的力有重力、支持力、摩擦力和向心力 B．汽车转弯的速度为20 m/s时所需的向心力为1.4×104 N C．汽车转弯的速度为20 m/s时汽车会发生侧滑 D．汽车能安全转弯的向心加速度不超过7 m/s2 Lavf58.12.100 Codec by Bilibili XCode Worker v4.7.18(fixed_gap:False) $$