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

nullnullnull在水流星的表演中，即使在竖直面最高点，水杯口向下，杯中的水也洒不出来。促使水做圆周运动的向心力又是怎样的呢？由受力分析可知，在最高点时水的重力G和杯子对水向下的压力F1的合力充当了水做圆周运动的向心力。可以看出，线速度V越大，杯底对水的压力F1就越大。线速度V变小，压力F1就减小。当F1为零的时候，水和杯底没有相互作用，只有重力充当水做圆周运动的向心力。这时的线速度V等于根号下RG是水做圆周运动又不流出来的最小线速度。 nullnull做圆周运动的物体，如果向心力突然消失，物体会由于本身惯性沿圆周切线方向飞出去。如果提供向心力的外力小于物体做圆周运动所需的向心力，物体就会既不会沿切线方向飞出，也不会做圆周运动，而是沿着切线与圆周之间的某条曲线运动并且远离圆心。做匀速圆周运动的物体在合外力突然消失或是合外力小于向心力时，做逐渐远离圆心的运动，叫离心运动。离心运动有很多应用，洗衣机的脱水桶就是利用离心运动甩干衣服的。转筒转动水滴做离心运动飞出衣服很快就甩干了。棉花糖的制作也利用了离心运动的原理，其过程与脱水桶类似，制糖机的内筒加热使糖成为糖浆，高速旋转，内筒糖汁就会从小孔中飞出，遇冷成丝变成棉花糖。这是离心式阀门的模型。当转轴转动起来之后，小球做离心运动，根据转速的不同，连杆抬高或降低，使阀门内的圆片转动，从而控制流量的大小。这是化学实验室中常用的离心沉淀器。把混有悬浮物的溶液倒入试管里，再将试管放入沉淀器中使之转动。由于离心作用溶液中密度大的物质会沉淀运动到试管底部，从而把混合物中密度大的物质和液体物质分开。这是游乐园中的勇敢者转盘，它实际上是一种离心实验器，可以锻炼我们的抗核能力。 null6.4 生活中的圆周运动 教师： 日期： 月 日 物理雾里悟理 新课引入： 火车为什么会发生脱轨事故呢？ 回顾：汽车转弯 物理雾里悟理 车轮的构造 火车车轮有突出的轮缘 一、火车转弯 物理雾里悟理 火车以半径R = 300m 在水平轨道上转弯，火车质量为8×105 kg，速度为30m/s。铁轨与车轮之间的动摩擦因数μ=0.25。求：火车拐弯所需要的向心力？ mg FN Ff O 代入数据可得： Ff =2.4×106N 轨道提供的静摩擦力最大值： Ff静m=μmg=1.96×106N 问：“谁”提供的向心力？ “供需”不平衡，如何解决？ 一、火车转弯 物理雾里悟理 站立式讨论： 在铁路弯道处，稍微留意一下，就能发现内、外轨道的高度略有不同。你能解释其中的原因吗？ 物理雾里悟理 1、水平的铁路的弯道 ——内外轨道一样高 G N 外轨对轮缘的弹力提供向心力 . 靠这种办法得到的向心力缺点是什么？如何解决这一实际问题？ F 一、火车转弯 思考：如果火车外轨道比内轨道高。火车可以不受轨道侧向的弹力F吗？ 再思考：若不受侧向轨道的弹力，谁充当向心力?合力在水平向右还是沿斜面向下？ 2、倾斜的铁路的弯道 G Fn N θ θ r 物理雾里悟理 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。 解： G Fn N θ θ r 火车转弯规定临界速度: 临界速度： 一、火车转弯 思考：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)速度过大时： (2)速度过小时： 外侧轨道与轮之间有弹力 内侧轨道与轮之间有弹力 供需关系 物理雾里悟理 你能行！！ FN mg F θ h 1、火车以半径R= 300 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） 解：火车拐弯需要向心力： 由力的关系得： 即提供的向心力： 由几何关系得： 物理雾里悟理 二、汽车过拱形桥：可以看作圆周运动 半径R 试试画 受力分析图 mg FN 合力提供向心力，指向圆心 汽车过拱形桥 需要向心力 重力和支持力的合力 提供向心力 议一议： 当汽车以越来越大的速度通过拱形桥最高点，会发生什么事情？ 汽车通过拱形桥需要注意什么？ 物理雾里悟理 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，当汽车通过桥的最低点时，试画出汽车受力分析图，哪些力提供了向心力？桥对汽车的支持力多大？ mg FN a 随着速度的增大，汽车通过桥的最低点时所受的支持力如何变化？ 解：mg和FN的合力提供汽车做圆周运动的向心力，由牛顿第二定律得： 由牛顿第三定律得： 方向：竖直向下 二、汽车过凹形桥： 物理雾里悟理 用模拟实验验证分析：注意观察指针的偏转大小 物理雾里悟理 站立式讨论： 　　地球可以看做一个巨大的拱形桥，桥面的半径就是地球的半径。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？ 三、航天器中的失重现象 物理雾里悟理 分析： (1)人的向心力： (2)支持力大小： 当 时，座椅对人的支持力为0，人处于完成失重状态。 地球半径为6400km，则要脱离地球的束缚发射卫星或飞船的最小速度为多少？ 物理雾里悟理 2、如图所示，地球可以看成一个巨大的拱形桥，桥面半径R=6400km，地面上行驶的汽车中驾驶员的重力G=800N，在汽车的速度可以达到需要的任意值，且汽车不离开地面的前提下，下列分析中正确的是( ) A. 汽车的速度越大，则汽车对地面的压力也越大 B. 不论汽车的行驶速度如何， 驾驶员对座椅压力大小都等于800N C. 不论汽车的行驶速度如何， 驾驶员对座椅压力大小都小于他自身的重力 D. 如果某时刻速度增大到使汽车对地面压力为零，则此时驾驶员会有超重的感觉 C 你能行！！ 物理雾里悟理 绳 杆 圆管 桥面 示意图 m的受力情况 重力、绳的拉力 重力、杆的拉力或支持力 重力、外管壁的支持力或内管壁的支持力 重力，桥面支持力 最高点A的速度 A O m B L A O m B L m A A O m B R 扩展：竖直平面内的变速圆周运动 物理雾里悟理 四、离心运动 离心运动：做圆周运动的物体，在提供的向心力突然消失，或者不足以提供圆周运动所需的向心力的情况下，就做逐渐远离圆心的运动。 供需关系 物理雾里悟理 牢记：圆周运动的 “供”与“需” 关系 “供”“需”是否平衡决定物体做何种运动 供 提供物体做圆周运动的力 需 物体做匀速圆周运动所需的力 F= F< F> 匀速圆周运动 离心运动 向心运动 物理雾里悟理 生活中的离心运动——利用 洗衣机脱水 离心机分离血液 说一说原理？ 物理雾里悟理 生活中的离心运动——避免 如何减小离心运动带来的危害？ 物理雾里悟理 3、如图所示是生活中的圆周运动实例，下列说法正确的是( ) A. 图甲中火车转弯超过规定速度行驶时，内轨对轮缘会有挤压作用 B. 图乙中汽车通过拱桥的最高点时，无论汽车速度多大，汽车对桥始终有压力 C. 图丙中汽车通过凹形路面的最低点时处于超重状态 D. 图丁中在水平路面上行驶的汽车转弯时所需的向心力由重力和支持力提供 C 你能行！！ 物理雾里悟理 ABD 你能行！！ 物理雾里悟理 5、如图所示，在匀速转动的洗衣机脱水筒内壁上，有一件湿衣服随圆筒一起转动而未滑动，则（     ） A．衣服随圆筒做圆周运动的向心力由静摩擦力提供 B．圆筒转速增大，衣服对筒壁的压力也增大 C．圆筒转速增大以后，衣服所受摩擦力也增大 D．圆筒转速足够大时，衣服上的水滴将做离心运动 BD 你能行！！ 物理雾里悟理 课堂小结： 火车拐弯：在弯道处使外轨略高于内轨，重力与支持力的合力提供火车拐弯所需的向心力. 汽车过桥： 航天器中的失重现象：航天器速度等于 时，航天器处于完全失重状态，航天器内部都是一个完全失重的环境 离心运动：做圆周运动的物体，所受的合力突然消失或合力不足以提供向心力时，物体将逐渐远离圆心的运动 mg Fn mg Fn 物理雾里悟理 4、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 B．当火车质量改变时，规定的行驶速度大小不变 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 $$请看火车的轮子有突出的轮圆。在火车沿平直轨道运动时抡圆，不与铁轨相互作用。当转弯时若内外轨道一样高，外轮作用在火车轮圆上的弹力指向圆心，充当向心力。由于火车质量大，这样得到的向心力不足以使火车顺利转弯，容易出事故。只有将火车弯道外侧轨道垫高，使火车的重力G与地面铁轨的支持力FN的合力F沿水平方向指向弯道圆心。