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

第四节 生活中的圆周运动 第六章 圆周运动 1 1.物理观念：能建立火车转弯和汽车过拱桥等几个物理模型的物理观念 2.科学思维：培养独立观察、分析问题、解决问题的能力，提高概括总结知识的能力 3.科学探究：通过对几个圆周运动的事例分析，掌握用牛顿第二定律分析向心力的方法. 4.科学态度与责任：通过离心运动的应用和防止的实例分析，明白事物都是一分为二的，要学会用一分为二的观点来看待问题，养成良好的思维表述习惯和科学的价值观 教学目标 在铁路弯道处，稍微留意一下，就能发现内外轨道得高度略有不同。你能解释其中得原因吗？ 火车拐弯问题 火车拐弯问题 火车车轮结构：如图所示 火车车轮结构：火车车轮与轨道结合示意图 火车拐弯问题 轮缘 火车拐弯问题 拐弯处的外侧铁轨比内侧铁轨稍微偏高。 h 内侧铁轨 外侧铁轨 火车拐弯问题 如果铁轨拐弯处内侧和外侧铁轨高度相同：会增大轮缘对铁轨的压力，使轨道受到破坏。原因是，在拐弯处火车做圆周运动，轮缘的压力提供向心力，由于火车的质量巨大，因此铁轨受到的压力也巨大。容易损坏轨道。 如果火车向左侧拐弯，由于拐弯处火车圆周运动，由向心力公式可知 火车速度越快，左边的铁轨受到轮缘施加的压力F越大。 θ 火车拐弯问题 FN mg F合 θ 如果铁轨拐弯处外侧铁轨高于内侧铁轨： 重力和支持力的合力提供向心力，得 ①当 那么铁轨与轮缘之间无挤压。可以保护铁轨。 ② ，那么外侧铁轨被挤压。 如果拐弯处火车速度满足以下条件： ② ，那么内侧铁轨被挤压。 所以在拐弯处必须按规定速度行驶，才能保护铁轨，防止脱轨事故的发生。 火车拐弯问题 总结来说，在铁轨拐弯处内侧轨道和外侧轨道有高度差时，可以做到保护铁轨的作用，一定做到外侧铁轨高于内侧轨道。 火车拐弯处对铁轨轮缘无挤压的条件是： 必须按这个速度行驶， 这样才能保证火车的安全。 汽车过拱形桥 汽车拱形桥时的运动也可以看作为圆周运动。质量为m的汽车在拱形桥上以的速度前进，设桥面的圆弧半径为r。当汽车通过桥的最高点时： 受力情况：汽车收到重力和桥面的支持力 等量关系：汽车收到重力和桥面的支持力的合力提供向心力 汽车过拱形桥时桥面圆弧的圆心在下方，向心力方向也是向下，所以满足的等量关系式为 汽车过拱形桥 推导出支持力得 由牛顿第三定律得 因此汽车通过拱形桥时对桥面无压力的条件是： 汽车过拱形桥 中0时 当 时，对桥面无压力 当 时，汽车离开桥面做平抛运动 当 时，汽车对桥面有压力 汽车过凹形桥 公路上偶尔遇到凹形路面，汽车通过凹形路面的最低点时，车对地面的压力会增大，所以需要减速，如果加速通过凹形路面，可能出现爆胎事故。 汽车过凹形桥 汽车过凹形桥时路面圆弧的圆心在上方，向心力方向也是向上，所以满足的等量关系式为 推导出支持力得 由牛顿第三定律得 航天器中的失重现象 航天员在空间站处于失重状态。同学们讨论以下，在物理学的角度怎么解释这个现象呢？ 中国空间站 国际空间站 航天员在进行失重训练时，乘坐的飞机在高空绕着地球做圆周运动或做短暂的过桥（圆弧轨道）运动。速度达到一定值时，飞机内的人员感受到失重现象。 航天器中的失重现象 某航天器在距离地面高度为100-200km高空，绕地球做匀速圆周运动。它的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受到的重力mg. 除了地球引力外，航天员还可能受到飞船座舱对他的支持力FN ，引力与支持力的合力为他提供了绕地球做匀速圆周运动所需要的向心力，即 当0时 所以，当时座舱对航天员的支持力为零，航天员处于完全失重状态。 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向心力时，物体肃然不会沿切线飞出，也会逐渐远离圆心。 我们把这种运动叫作离心运动。 汽车拐弯时，轮胎和地面间的静摩擦力提供向心力。汽车拐弯过程中，可以看作为，轮胎与地面间的最大静摩擦力不变。 当车速 时，最大静摩擦力不足以提供向心力，汽车开始做离心运动，（只能增大半径来减小所需的向心力）当轨道半径增大到一定值时，恰好最大静摩擦力足以提供向心力，汽车不会侧滑。 洗衣机利用离心运动来达到脱水效果。 纺织厂用离心运动使棉纱、毛线、纺织品干燥。 在炼钢厂中，把熔化的钢水浇入圆柱形模子，模子沿圆柱的中心轴高速旋转，钢水由于离心运动趋于周壁，冷却后就形成无缝钢管。 医务人员可以从血液中分离出血浆和红细胞。 小结 ①当 那么铁轨与轮缘之间无挤压。可以保护铁轨。 ② ，那么外侧铁轨被挤压。 ② ，那么内侧铁轨被挤压。 1.火车拐弯： 2.汽车过拱形桥： 3.汽车过凹形桥： 5.离心运动： 4.航天器中的失重现象： 当 时，对桥面无压力 当时，航天员处于完全失重状态。 物体做圆周运动的合力不足以提供向心力时做离心运动 例题1：如图所示，马路转弯处路面常是外高内低，汽车转弯有一个最大安全速度，若超过此速度，汽车将发生侧滑，有可能出现翻滚事故。关于汽车在拐弯处向外侧滑的问题，下列论述正确的是(　　) A．汽车一直受到沿半径方向向外的离心力作用 B．汽车所受外力的合力小于所需的向心力 C．汽车将沿其线速度的方向沿直线滑去 D．汽车将沿其半径方向沿直线滑去 B 例题2：(多选)如图所示，某公路急转弯处是一圆弧，当汽车行驶的速率为v0时，汽车恰好没有向公路内外两侧滑动的趋势，则在该弯道处(　 　) A．路面外侧高、内侧低 B．车速只要低于v0，车辆便会向内侧滑动 C．车速虽然高于v0，车辆便不会向外侧滑动 D．当路面结冰时，与未结冰时相比，v0的值不变 AD 例题3：(多选)下列现象中，利用离心现象的是(　　　) A．用洗衣机脱水 B．汽车转弯时速度超过规定速度会发生侧滑 C．用离心沉淀器分离物质 D．转动雨伞，可以去除雨伞上的一些水 ABCD $$