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

2/26/2025 1 第六章 圆周运动 6.4 生活中的圆周运动 曲线运动 向心加速度 向心力 生活中的圆周运动 Tianchenyi 2/26/2025 2 情境导入 圆周运动在生活中无处不在，贯穿于我们身边的各个角落。汽车转弯、火车转弯、洗衣机脱水、乃至宇宙中的星体运动都是圆周运动。 汽车转弯时为什么要减速？ 洗衣机是如何脱水的呢？ 生活中的圆周运动与向心力密切相关。 2/26/2025 3 水平面内的圆周运动——汽车转弯 汽车在水平路面转弯时，向心力由什么力提供？ G FN 静摩擦力提供向心力， 最大速度由摩擦力和转弯半径决定 因此，当汽车转弯速度过大，向心力超过最大静摩擦力，即静摩擦力不足以提供向心力时就会发生侧滑，出现危险。 2/26/2025 4 水平面内的圆周运动——汽车转弯 高速公路转弯处为何设计成外高内低？ G FN F合 重力与支持力的合力提供部分向心力 外高内低的设计通过重力辅助向心力，提升车辆在高速转弯时的安全性和稳定性 车辆转弯时需要向心力来维持圆周运动。若路面完全水平，向心力只能依靠轮胎与地面的摩擦力提供。但摩擦力存在极限（尤其在湿滑路面），当车速过高时，摩擦力可能不足以提供足够的向心力，导致车辆侧滑或失控。 通过将弯道设计成外高内低的倾斜面，车辆的重力（垂直向下）可以分解为两个分量：沿路面指向弯道内侧的分力提供额外的向心力，减少对轮胎摩擦力的依赖，从而提升转弯安全性。 2/26/2025 5 水平面内的圆周运动——火车转弯 外高内低的设计不仅应用于汽车转弯，也同样适用于火车转弯。 火车的车轮（轮缘向里） 2/26/2025 6 水平面内的圆周运动——火车转弯 外轨 内轨 当火车在水平轨道（内外轨道一样高）上转弯时，所需的向心力由谁提供？ FN 外轨对轮缘的弹力提供向心力 火车速度较快，转弯时所需的向心力也较大。因此，火车在水平轨道上转弯时，会对外轨和车轮造成较大磨损，既不安全也不符合实际情况。 2/26/2025 7 水平面内的圆周运动——火车转弯 解决方法： 转弯处外轨略高于内轨 与汽车转弯时的公路的外高内低设计原理相通 G FN F合 重力与支持力的合力提供部分向心力 当轨道对轮缘无挤压时，重力与支持力的合力提供全部向心力 2/26/2025 8 水平面内的圆周运动——火车转弯 θ 轨道对轮缘无挤压时 FN mg F合 重力与支持力的合力提供全部向心力，即： θ 当轨道对轮缘无挤压，此时火车的速度为多大？ 2/26/2025 9 水平面内的圆周运动——火车转弯 例1：火车转弯可近似看成是做匀速圆周运动,当火车速度提高时会使轨道的外轨受损,为解决火车高速转弯时外轨受损这一难题,你认为以下措施可行的是（ ）。 A.减小内外轨的高度差 B.增加内外轨的高度差 C.减小弯道半径 D.增大火车质量 B 2/26/2025 10 竖直面内的圆周运动——汽车过拱形桥 汽车过拱形桥 如图，汽车过拱形桥时的运动可以看作是圆周运动。质量为m的轿车以速度通过桥的最高点，试分析轿车在最高点时对桥的压力。 G FN 失重 根据牛顿第二定律： 最高点处当作匀速圆周运动： 联立解得： 由牛顿第三定律： 2/26/2025 11 竖直面内的圆周运动——汽车过拱形桥 汽车过拱形桥 思考：若要保证安全，汽车通过桥面最高点时的最大速度为多少？若超过这个速度，汽车做什么运动？ G FN 当FN=0时，速度达到最大，此时： 超过最大速度后，汽车做平抛运动 2/26/2025 12 竖直面内的圆周运动——汽车过拱形桥 汽车过凹形路面 如图，汽车过凹形路面时同样可以看作是圆周运动。当质量为m的汽车以速度通过路面的最低点时，请根据分析拱形桥的方法试分析汽车在最低点时对凹形路面的压力。 2/26/2025 13 竖直面内的圆周运动——汽车过拱形桥 例2：如图所示，一辆质量为800kg的汽车驶上半径为50m的圆形拱桥，g取10m/s2。 (1)若汽车到达桥顶时的速度为5m/s，桥面对汽车的支持力多大? (2)若汽车到达桥顶时恰好对桥面无压力，此时汽车的速度为多大? 2/26/2025 14 离心运动 O 小朋友通过旋转跑出坑道过程中利用到什么物理知识？ F合 = Fn，物体做匀速圆周运动 F合 = 0，物体沿切线方向飞出远离圆心 F合 < Fn，物体做逐渐远离圆心的运动 2/26/2025 15 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时，做逐渐远离圆心的运动，这种运动叫做离心运动。 离心甩干 离心脱水 发生条件： F合<Fn 2/26/2025 16 离心运动 离心运动的防止： 道路设计 交通限速 通过减速和增大合力来防止离心运动的发生，从而避免危险。 2/26/2025 17 离心运动 做匀速圆周运动的物体，在所受合外力大于做圆周运动所需的向心力时，做逐渐靠近圆心的运动，这种运动叫做向（近）心运动。 发生条件：F合>Fn 我们知道了当合力不足以提供物体做圆周运动的向心力时，物体会做离心运动。若合力超过向心力时，物体又做什么运动呢？ 2/26/2025 18 课堂小结 生活中的圆周运动 水平面内的圆周运动：汽车转弯、火车转弯 竖直面内的圆周运动：汽车过拱形桥 离心运动：所需Fn>F合 2/26/2025 19 课后练习 1、在水平路面上转弯的汽车，向心力是由（ ）提供。 A.重力和支持力的合力 B.静摩擦力 C.滑动摩擦力 D.牵引力 B 2、洗衣机脱水时，湿衣服上的水分能被甩出，主要是因为（ ）。 A. 衣服对水分的吸引力不够 B. 水分受到离心作用，向心力不足 C. 洗衣机转速太慢导致水分飞散 D. 水分自身重力突然增大 B 1、滑动摩擦力通常在汽车打滑时才会出现，不是转弯时的主要向心力来源 2/26/2025 20 课后练习 . 3、下列问题中的情形均可看作圆周运动，说法不正确的是（ ）。 A.汽车通过拱桥的最高点处于失重状态 B.火车转弯超速行驶时,轮缘会对外轨产生挤压作用 C.汽车通过凹形路面的最低点处于失重状态 D.水平公路上转弯的汽车,由车轮与路面之间的静摩擦力提供向心力 C 2/26/2025 21 课后作业 请完成书本P39页的习题3、4、5！ 2/26/2025 22 课后拓展 最低点 最高点 竖直圆绳模型 2/26/2025 23 课后拓展 竖直圆杆模型 最低点 最高点 能拉又能顶 杆=绳+桥 最小速度：0 速度增大杆力变化情况：支持力减小、拉力增大 2/26/2025 24 课后拓展 圆盘模型 摩擦力提供向心力 角速度小，没滑时：静摩擦 角速度增大，即将滑时：μmg=mω2r 2/26/2025 25 课后拓展 例2：如图所示，用细绳拴着质量为m的小球在竖直平面内做圆周运动，圆周半径为R，则下列说法正确的是（ ）。（多选） A.小球过最高点时的最小速度为零 B.小球过最高点时，绳子拉力可以为零 C.小球过最高点时，绳子对小球的作用力可与 球所受的重力方向相反 D.小球刚好过最高点时的速度是 BD 2/26/2025 26 Thank you！ $$