生活中的圆周运动

5.7生活中的圆周运动人教版高中物理必修2赵成

自行车转弯时，稍一倾斜就过去了，摩托车转弯倾斜度要大一些。摩托赛车时转弯，倾斜度更大，几乎倒在地上。问：什么力提供向心力？向心力与倾斜度有关吗？有何关系？背景问题1：摩托车转弯背景问题2、火车转弯：火车在平直轨道上匀速行驶时，所受的合力等于0，那么当火车转弯时，我们说它做圆周运动，那么是什么力提供火车的向心力呢？火车的车轮上有突出的轮缘

向心力由外侧轨道对车轮轮缘的挤压力提供。这个弹力很大，会对轨道和轮缘造成损坏。如何解决这个问题？NFnG外轨内轨

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？外轨对轮缘的弹力方法：外轨略高于内轨向心力由重力G和支持力N的合力提供FNθFNGOF合θ

火车转弯所需的向心力的方向是在水平方向上还是在与斜面平行的方向上？θFNGOF合θ1、轨道对轮缘无挤压，此时火车的速度为多大？2、若火车的速度大于或小于这个值时，轨道对轮缘有挤压吗？F合＝mgtanθGFNθFGFNθF轮缘受到外轨向内的弹力。轮缘受到内轨向外的弹力。

练习、已知铁路拐弯处的圆弧半径为R，轨距为L，内外轨的高度差为h，为了使铁轨不受轮缘的挤压，火车运行的速度应该为多大？如果超速行驶会怎么样？

如果减速行驶呢?FGFN

例、汽车质量为m，通过桥最高点速度为v，桥半径为r，求汽车在桥顶时对路面的压力是多大？拱型桥汽车过拱桥FNF合=G－FＮF向=mv2/r由F合=F向G－FＮ=mv2/rFＮ=G－mv2/r＜G汽车过凸形桥取向心加速度方向为正方向思考与讨论

根据上面的分析可以看出，汽车行驶的速度越大，汽车对桥的压力越小。试分析一下，当汽车的速度不断增大时，会有什么现象发生呢？根据牛顿第三定律：F压=FN即：由上式可知，v增大时，F压减小，当时，F压=0；当时，汽车将脱离桥面，发生危险。思考与讨论请你根据上面分析汽车通过凸形桥的思路，分析一下汽车通过凹形桥最低点时对桥的压力。这时的压力比汽车的重力大还是小？

F合=FＮ－G

F向=mv2/r

由F合=F向

FＮ－G=mv2/r

FＮ=G＋mv2/r

＞GVＦＮVＦＮ比较三种桥面受力的情况FN=G思考与讨论

地球可以看作一个巨大的拱型桥，其半径就是地球半径R（R=6400km），若汽车不断加速，则地面对它的支持力就会变小，汽车速度多大时，支持力会变成零？航天器中的失重现象思考：1、航天器在起动上升时，航天员处在超重还是失重状态？

2、航天器在轨道正常运行时，航天员处在超重还是失重状态？

航天器绕地球做匀速圆周运动，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。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绕地球做圆周运动。v2rFN＝mg－mv＝gr当时，座舱对航天员的支持力FN＝0，航天员处于完全失重。v2rmg－FN＝m

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？求：座舱对航天员的支持力为多少？1、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。离心运动OF合＜mω2rF合=mω2rF合=0OF

合=0，物体沿切线方向飞出远离圆心F合＜mω2r，物体做逐渐远离圆心的运动F合

=mω2r，物体做匀速圆周运动条件：0≤F合＜mω2r供<需提供物体做圆周运动沿半径方向的合力物体做圆周运动所需的向心力总结“供”“需”是否平衡决定物体做何种运动F=圆周运动F<离心运动向心运动F>F=

内筒与洗衣机的脱水筒相似，里面加入白砂糖，加热使糖熔化成糖汁。内筒高速旋转，黏稠的糖汁就做离心运动，从内筒壁的小孔飞散出去，成为丝状到达温度较低的外筒，并迅速冷却凝固，变得纤细雪白，像一团团棉花。制作棉花糖的原理：离心运动的应用问题、汽车转弯，情况又如何呢？如果汽车的速度很大，会出现什么情况呢？有什么解决措施？OF静v

水平公路上行驶的汽车，转弯时所需向心力由车轮与路面的静摩擦力提供的。如果转弯速度过大，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。当Fmax<mv2/r时，汽车做离心运动离心运动的防止汽车转弯时的措施：把转弯处的道路修成外高内低。GFNF向赛场赛道

一根绳子系者一个盛水的杯子，演员抡起绳子，杯子就在竖直面内做圆周运动，到最高点时，杯口朝下，但杯中的水不会流下来，为什么呢？

当杯子以速度v转过最高点时，杯中水的向心力的方向向下.GFN

长L=0.5m，质量可忽略的杆，其下端铰接于O点上端连接着一个小球A，A的质量为m=2kg，它绕O点做圆周运动，如图，在A通过最高点时，求下列两种情况下，杆受A的力：1、A的速率为1m/s，

2、A的速率为4m/s。3、如果杆换成轻绳，求A能通过最高点的条件。

如图，有一个半径为R的圆弧形轨道，滑块A、B分别从轨道上面和下面沿轨道滑动，如果要求它们在最高点处不离开轨道，对它们在最高点的速率有什么限制？在竖直平面内放置的内径为r的环形光滑管，环的半径为R（R≫r），有一质量为m的球可在管内运动。当小球恰能沿圆周运动到最高点时其速度是多大？若在最高点的速度分别为v1、v2，则管对球的作用力如何？mR如图，内壁光滑的导管弯成圆周轨道竖直放置，其质量为2m，小球质量为m，在管内滚动，当小球运动到最高点时，导管刚好要离开地面，此时小球速度多大?（轨道半径为R）一根长为L的轻