高中物理必修二64生活中的圆周运动

1、第六章 圆周运动 第4节 生活中的圆周运动1.会分析火车转弯、汽车过拱形桥等实际运动问题中向心力的来源，能解决生活中的圆周运动问题.2.了解航天器中的失重现象及原因.3.了解离心运动及物体做离心运动的条件，知道离心运动的应用及危害学习目标top 1top 2目录 /CONTENTS火车转弯汽车过拱形桥和凹形桥top3top4航天器的失重现象top5离心运动竖直面内圆周运动的临界问题新课引入同学们，你们了解有关高铁技术的一些参数么？观察下表，试找出高铁时速与最小曲线半径的规律？问题1新课引入在铁路弯道处，内、外轨道的高度一样吗？问题2一、火车转弯车轮的构造火车车轮有突出的轮缘一、火车转弯 正常行

2、驶时，火车轨道的内外轨是一样高的。如果在火车转弯时，火车在这样的轨道上行驶会发生什么？FNG外轨对轮缘的弹力F提供向心力F=F向火车质量很大,故轮缘和外轨间的相互作用力很大,易损坏铁轨.问题1一、火车转弯如果外轨略高于内轨，情况又如何呢？mgF合12再以火车为研究对象进行受力分析，确定提供的向心力大小通过对比发现，如果使外轨略高于内轨，火车转弯时铁轨对火车的支持力与重力的合力指向圆心，提供了一部分向心力，这就减轻了轮缘与外轨间的挤压。先确定轨道平面，是1，还是2？我们如何计算这种情况下的向心力呢？问题2一、火车转弯火车转弯的临界速度的推导我们先假设火车某次过倾角为的弯道时，火车与轨道之间没有挤

3、压，求此时的速度v0：mgF合hL火车转弯的向心力由重力与轨道对火车的支持力提供根据向心力公式：比较小时联立，解得01一、火车转弯火车转弯时速度和轮缘与轨道之间的相互作用由以上分析可以看到，根据弯道半径和规定的行驶速度，选择合适的内外轨的高度差h ,可以使火车转弯时所需向心力几乎完全由重力和支持力的合力提供（3）如果火车行驶速度vv0mgF合F1F2轮缘受到外轨向内的挤压力, 外轨易损坏。（1）如果火车行驶速度v=v0轮缘不受侧向压力,最安全的转弯速度轮缘受到内轨向外的挤压力, 内轨易损坏。铁路弯道处超速是火车脱轨和翻车的主要原因02一、火车转弯观看视频。高速公路转弯处和场地自行车比赛的赛道，

4、路面往往有一定的斜度。说说这样设计的原因？问题3一、火车转弯例题1 火车转弯可近似看成是做匀速圆周运动。当火车以规定速度行驶时，内外轨道均不受侧向挤压。现要降低火车转弯时的规定速度，须对铁路进行改造，从理论上讲以下措施可行的是()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增大弯道半径 A二、汽车过拱形桥和凹形桥生活中，常见桥有很多种，下面先讨论经过拱形桥的情景。汽车过拱形桥质量为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，试画出受力分析图，分析汽车通过桥的最高点时对桥的压力 mgFNa由牛顿第三定律得，汽车通过桥的最高点时对桥的压力： 01二、汽车过拱形桥和凹形桥汽车过

5、凹形桥下面先讨论经过凹形桥的情景。下面自己分析汽车通过凹形桥最低点时，汽车对桥的压力比汽车的重力大些还是小些?mgFNa由牛顿第三定律得，汽车通过桥的最高点时对桥的压力 02二、汽车过拱形桥和凹形桥用模拟实验验证分析二、汽车过拱形桥和凹形桥汽车对桥面的压力超重失重状态最高点最低点小结：失重超重 有一辆质量为800千克的小汽车驶上圆弧半径为50米的拱桥。（1）汽车到达桥顶的速度为5米/秒，汽车对桥的压力多大?（2）汽车以多大速度经过桥顶时恰好腾空，对桥没有压力？（3）对于同样的车速，拱形圆弧的半径大些比较安全，还是小些比较安全？（4）如果拱形桥的半径增大到与地球半径R一样，汽车要在桥面上腾空，速

6、度要多大？例题2二、汽车过拱形桥和凹形桥（1）7600N (2)22.4米/秒 （3）半径越大越安全 （4）8000米/秒三、航天器中的失重现象 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零？这时驾驶员与座椅之间的压力是多少？该“问题探究”中描述的情景其实已经实现，不过不是在汽车上，而是在航天飞机中 问题1二、汽车过拱形桥和凹形桥航天器在发射升空（加速上升）时，航天员处在超重还是失重状态？FNmg maFNmg航天器在轨道正常运行（绕地球做匀速圆周运动）时，航天员处在超重还是失重状态？FNmga航天器绕地球做匀速圆周运动

7、，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体重mg .v2rFN mgmv2RmgFNm超重失重问题2问题3三、航天器中的失重现象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？上述观点是错误。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环绕地球做圆周运动。若没有引则不会绕地球做圆周运动。当 时，座舱对航天员的支持力为多少？航天员处于完全失重。问题4问题5四、离心运动从视频中我们可以看到，如果旋转桌子的速度较小，物品能随着桌子一起转动；如果速度变大，物体将会“飞出去”，这是什么原因呢？观看视频四、离

8、心运动将生活中的场景，抽象为物理模型静摩擦力提供了向心力，如果最大静摩擦力等于滑动摩擦力mgFNf当vv0，合力不足以提供物体做圆周运动的向心力，物体将远离圆心，而 “飞出去”。00四、离心运动OF合 = m2r，物体做匀速圆周运动F合m2r ，物体做逐渐远离圆心的运动F 合= 0 ，物体沿切线方向飞出远离圆心 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.条件：0 F合m2r供需0102四、离心运动离心抛掷离心脱水离心分离离心甩干离心运动的应用03四、离心运动要使原来作匀速圆周运动的物体作离心运动，该怎么

9、办？（1）提高转速，使所需向心力增大到大于物体所受合外力.（2）减小合外力或使其消失.供需供需离心运动的应用03四、离心运动OF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 Fmaxm v2r离心运动的防止04要防止离心现象发生，该怎么办？（1）减小物体运动的速度，使物体作圆周运动时所需的向心力减小.（2）增大合外力，使其达到物体作圆周运动时所需的向心力.供0就可以通过

10、最高点。（2） 当 ，FN为支持力，方向竖直向上，且随着速度增大而减小。（3）当 ，FN=0（4） 当 ，FN为拉力，方向竖直向下，且随着速度增大而增大。02四、竖直面内圆周运动的临界问题 如图所示，一个小球沿竖直固定的光滑圆形轨道的内侧做圆周运动，圆形轨道的半径为R，小球可看作质点，则关于小球的运动情况，下列说法正确的是（ ） A. 小球的线速度方向时刻在变化，但总在圆周切线方向上B. 小球通过最高点的速度可以等于0C. 小球线速度的大小可以小于 D. 小球线速度的大小总大于或等于 例题4AD四、竖直面内圆周运动的临界问题BC 例题5课堂小结1讨论向心力的来源2外轨高于内轨时重力与支持力的合

11、力是使火车转弯的向心力3讨论：为什么转弯处的半径和火车运行速度有条件限制?生活中的圆周运动铁路的弯道1离心现象的分析与讨论2离心运动的应用和防止 汽车过拱形桥和凹形桥1思考：汽车过拱形桥时，对桥面的压力 与重力谁大?2圆周运动中的超重、失重情况航天器中的失重现象离心运动竖直面内圆周运动的临界问题1轻绳模型2轻杆模型课堂小结1、铁路在弯道处的内外轨道高度是不同的，已知内外轨道平面与水平面的夹角为，如图5所示，弯道处的圆弧半径为R，若质量为m的火车转弯时速度等于，则()A内轨对内侧车轮轮缘有挤压B外轨对外侧车轮轮缘有挤压C这时铁轨对火车的支持力等于mg/cos D这时铁轨对火车的支持力大mg/cos C课堂小结2、如图所示，汽车在炎热的夏天沿不平的曲面行驶，其中最容易发生爆胎的点是(假定汽车运动速率vavc，vbvd)()Aa点 Bb点 Cc点 Dd点D 课堂小结AC课堂小结4、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衣服随脱水筒做圆周运动的向心