生活中的圆周运动课件-高一下学期物理人教版-1

第六章圆周运动第四节生活中的圆周运动课堂引入：问题1：在铁路弯道处，内、外轨道的高度一样吗？课堂引入：问题2：火车在弯道处行驶时，速度有要求吗？一、火车转弯车轮的构造轮缘车轮的结构FNFG内外轨道一样高时转弯外轨对轮缘的弹力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.怎么办？θFNGOF合θ外轨高于内轨道时转弯外轨略高于内轨火车转弯所需的向心力的方向是在水平方向上而不是在与斜面平行的方向上。OGFNF合θθF合＝mgtanθ轨道对轮缘无挤压，此时火车的速度为多大？火车转弯时所需的向心力Fn=

mv2Rv＝

gRtanθ若火车的速度大于或小于这个值时，轨道对轮缘有挤压吗？

当v＜

gRtanθ：

当v＞

gRtanθ：GFNθ轮缘受到外轨向内的弹力GFNθFF轮缘受到内轨向外的弹力（1）如果火车行驶速度v=v0：（2）如果火车行驶速度v>v0：（3）如果火车行驶速度v<v0：

两侧轮轨均无挤压，此时为最安全的过弯速度外侧轮轨挤压，此时外轨易损坏内侧轮轨挤压，此时内轨易损坏转弯时的火车：外高内低时真实的火车转弯飞机转弯:类似于火车转弯GFFn汽车在水平地面上转弯是什么力提供向心力的呢?OmgFNFf二、汽车转弯汽车在水平路面上转弯所需要的向心力来源:汽车侧向所受的静摩擦力。OmgFNFf当汽车转弯的半径一定时,汽车的速度v越大,所需的向心力也越大,静摩擦力也越大,当静摩擦力为最大静摩擦力时:由此可见:当汽车转弯时,存在一个安全通过的最大速度,如果超过了这个速度,汽车将发生侧滑现象。改进措施:1.增大转弯半径2.增加路面的粗糙程度3.最重要的一点:司机应该减速慢行4.增加路面高度差——外高内低高速路和赛道转弯处修成外高内低。NFnmg三、拱形桥拱形桥（凸形桥）凹形桥水平桥问题1：汽车静止在桥上与通过平桥时，受力怎样？F压＝FN＝mg问题2：汽车过拱形桥时，在最高点时，车对凸桥的压力又怎样？mgFNv2Rmg－FN＝mv2RFN

＝mg－mv2RF压＝FN

＝mg－m汽车对桥的压力小于其所受重力，即处于失重状态FN

＜mgv2Rmg＝m

当

FN

=0

时，汽车脱离桥面，做平抛运动，汽车及其中的物体处于完全失重状态。FN＝0

时，汽车的速度为多大？v2RFN

＝mg－m问题3：汽车过拱形桥时，运动速度变大，车对凸桥的压力如何变化？mgFN临界速度问题4：汽车过凹形桥时，在最低点时，车对凹形桥的压力又怎样？FNmgv2RFN

＝mg+

mv2RF压＝FN

＝mg+

mv2RFN－mg＝m汽车对桥的压力大于其所受重力，即处于超重状态若汽车通过凹桥的速度增大，会出现什么情况？FN

＞mg比较三种桥面受力的情况FN=GGFNGGFNFN凸形桥凹形桥泸定桥汽车过水的路面往往设计成凹的，为什么？四、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？……地球可以看作一个巨大的拱型桥，其半径就是地球半径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FN会变成零？此时司机处于完全失重状态。【解析】由得这里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。算一算：1、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？2、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？超重FNmgaFN－mg＝maFN＞mg思考：【解析】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.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.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？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.v2Rmg－FN＝mFN

＜mg失重五、离心运动定义：做圆周运动的物体，在其所受合外力突然消失，或不足以提供圆周运动所需向心力的情况下，就做逐渐远离圆心的运动，这种运动叫作离心运动。做离心运动的条件：1.物体做离心运动，并不是受到“离心力”作用，更不是“离心力”大于向心力，而是外界提供的向心力不足或突然消失。2.离心运动不是沿着半径背离圆心的运动，而是沿着切线或曲线离心的运动。理解：离心运动的应用离心抛掷离心脱水离心浇注离心分离离心抛掷离心脱水离心分离离心甩干离心运动的本质是物体惯性的表现离心运动的危害与防止F静当

时，汽车做离心运动Fmax＜mv2r赛道设计交通限速鼓风机离心泵甩干桶离心运动的相关应用与防护“供”“需”是否平衡决定物体做何种运动课堂小结当

F＝mω2r时，物体做匀速圆周运动；当

F＝0时，物体沿切线方向飞出；

当

F＜mω2r时，物体逐渐远离圆心；当

F＞mω2r时，物体逐渐靠近圆心。火车转弯汽车过桥航天失重离心运动【典型例题1】一辆卡车在丘陵地匀速行驶，地形如图所示，由于轮胎太旧，途中爆胎，爆胎可能性最大的地段应是()

A.a处

B.b处

C.c处

D.d处D可能飞离路面的地段应是？典例分析A、C【典型例题2】(多选)公路急转弯处通常是交通事故多发地带.如图，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，但只要不超出某一最高限度，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的值变小AC典例分析典例分析【典型例题3】火车以半径R=900m转弯，火车质量为8×105kg，速度为30m/s，火车轨距l=1.4m，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）FNmgFθh由力的关系得：由向心力公式得：由几何关系得：【解析】=0.14m典例分析【典型例题4】一辆质量

m=2t的轿车，驶过半径R=90m的一段凸形桥面，g

取10m/s2，求:(1)轿车以10m/s的速度通过桥面最高点时，对桥面的压力是多大?(2)在最高点对桥面的压力等于轿车重力的一半时，车的速度大小是多少?【解析】(1)最高点时，受力分析如图所示：由牛顿第二定律得得FN≈1.78×104N根据牛顿第三定律，轿车在桥的顶点时对桥面压力的大小为1.78×104N．(2)Fn′＝mg－FN＝0.5mg由得v′≈21.2m/s.第六章圆周运动专题竖直面内的圆周运动情景一：过山车课堂引入：情景二：水流星

物体在竖直面内做的圆周运动是一种典型的变速曲线运动，该类运动常有临界问题，并伴有“最大”“最小”“刚好”等词语，常见模型有两种1.轻绳+小球模型2.轻杆+小球模型课堂引入：一、绳（轨）球模型mgO绳mgO轨道质点在细绳作用下在竖直面内做圆周运动质点沿竖直光滑轨道内侧做圆周运动一、绳（轨）球模型mgO轨道4.最低点受力分析：重力和拉力共同提供向心力可见，此时绳的拉力最大，若小球通过最低点的速度过大细线可能被拉断。vomgFT一、绳（轨）球模型二、杆（管）球模型mgONmgON杆管道小球放在一个内壁光滑的封闭管内，使其在竖直面内作圆周运动.轻杆上固定的小球使其在竖直面内作圆周运动3．最高点的最小速度FNmgo如图，由于杆和管在最高处能对小球产生向上的支持力，故小球恰能到达最高点的最小速度v＝0，此时小球受到的支持力FN＝mg.二、杆（管）球模型rFNmg二、杆（管）球模型mgo二、杆（管）球模型rFNmgvmgFT5.最低点受力分析：重力和杆的拉力(或环的支持力）的合力提供向心力可见，此时杆的拉力(或环的支持力）最大。课堂小结物理情景最高点无支撑最高点有支撑实例球与绳连接、水流星、沿内轨道运动的“过山车”等球与杆连接、球在光滑管道中运动等图示受力特征物体受到的弹力方向：向下或等于零物体受到的弹力方向：向下、等于零或向上课堂小结课堂小结轻绳和轻杆模型：1.轻绳（或内轨道）——小球组成无支撑的物理模型（称为“轻绳模型”）注：“轻绳”只能对小球产生拉力，不能产生支持力。（内轨道约束类似）假设质量为m的小球达到最高点时的速度为v,受到绳子的拉力为T，则根据牛顿第二定律，可以得出：当T=0时，小球再做高点的速度为最小，即：（1）小球恰好能达到最高点的临界条件是：（2）小球恰好能通过最高点的条件是

，当

绳子有拉力（轨道对球有压力）。（3）当

，小球还未达到最高点就离开轨道。只受重力轻绳和轻杆模型：2.轻杆（或管道）——小球组成有支撑的物理模型（称为“轻杆模型”）注：“轻杆”既能对小球产生拉力，也能产生支持力。（管道约束类似）球过最高点时，设轻杆对小球产生的弹力FN方向向上。由牛顿第二定律得：由此可知：

（1）小球恰好能达到最高点的临界条件是：

故而V0>0就可以通过最高点。（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。弹力的大小与方向随最高点的速度大小变化而改变【典例1】如图所示，乘坐游乐园的翻滚过山车时，质量为m的人随车在竖直平面内旋转，下列说法正确的是()A．过山车在过最高点时人处于倒坐状态，全靠保险带拉住，没有保险带，人就会掉下来B．人在最高点时对座位不可能产生大小为mg的压力C．人在最低点时对座位的压力等于mgD．人在最低点时对座位的压力大于mg典例分析DCD典例分析【典例3】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？典