6.4生活中的圓周運(yùn)動(dòng) 課件- 2020-2021學(xué)年【新教材】人教版(2019)高中物理必修二

6.4生活中的圓周運(yùn)動(dòng)（第一課時(shí)）問(wèn)題導(dǎo)入

在鐵路彎道處，稍微留意一下，就能發(fā)現(xiàn)內(nèi)、外軌道的高度略有不同，你能解釋其中的原因嗎？常見(jiàn)的公路轉(zhuǎn)彎一、火車轉(zhuǎn)彎

火車轉(zhuǎn)彎時(shí)實(shí)際是在做圓周運(yùn)動(dòng)，因而具有向心加速度。是什么力使它產(chǎn)生向心加速度？輪緣①如果鐵路彎道的內(nèi)外軌一樣高內(nèi)外外內(nèi)GOF支F彈

外側(cè)車輪的輪緣擠壓外軌，使外軌發(fā)生彈性形變，外軌對(duì)輪緣的彈力。外軌對(duì)輪緣的彈力提供火車轉(zhuǎn)彎的向心力：

火車質(zhì)量太大，靠這種辦法得到向心力，輪緣與外軌間的相互作用力太大，鐵軌和車輪極易受損。②如果在彎道使外軌略高于內(nèi)軌θF支mgOF合θmgtanθ

火車轉(zhuǎn)彎時(shí)鐵軌對(duì)火車的支持力F支的方向不再是豎直的，而是斜向彎道的內(nèi)側(cè)，它與重力mg的合力指向圓心，為火車轉(zhuǎn)彎提供了一部分向心力。F彈F彈+

高速公路轉(zhuǎn)彎處和場(chǎng)地自行車比賽的賽道，路面往往有一定的傾斜度說(shuō)說(shuō)這樣設(shè)計(jì)的原因。GFNF向自行車轉(zhuǎn)彎GFNF向生活中的例子GFNF向飛機(jī)轉(zhuǎn)彎所以同學(xué)們知道為什么把轉(zhuǎn)彎路面設(shè)計(jì)成這樣了嗎？為了讓支持力與重力的合力來(lái)提供向心力

向心力是按效果命名的力，任何一個(gè)力或幾個(gè)力的合力，只要它的作用效果是使物體產(chǎn)生向心加速度，它就是物體所受的向心力。為什么橋不做成平的呢？黃石長(zhǎng)江大橋趙州橋?yàn)o定橋過(guò)水凹形橋甲乙車在橋上那個(gè)位置時(shí)容易塌？

如果車在乙位置，不會(huì)發(fā)生坍塌，那么在甲位置時(shí)，肯定也不會(huì)坍塌。所以只要我們知道乙位置的最大壓力，那就可以知道整座橋的了。所以我們只研究乙位置的壓力情況即可，即橋的最高點(diǎn)。二、汽車過(guò)拱形橋FNG1、汽車過(guò)平橋時(shí)，車對(duì)橋的壓力怎樣？由二力平衡：FN=G

V

2、汽車過(guò)凸橋時(shí)，在最高點(diǎn)時(shí)，車對(duì)凸橋的壓力又怎樣？GFNOr汽車過(guò)拱形橋時(shí)的運(yùn)動(dòng)也可以看作圓周運(yùn)動(dòng)GFN指向圓心的力背向圓心的力=向心力

V

移項(xiàng)：牛頓第三定律：應(yīng)用牛頓第二定律：F合=ma

由此可以看出，汽車對(duì)橋的壓力小于汽車的重量G，而且汽車的速度越大，汽車對(duì)橋的壓力越小。試分析，當(dāng)汽車的速度不斷增大時(shí)，會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象？拱橋限速防脫軌！時(shí)，橋面對(duì)車無(wú)壓力時(shí)，汽車已經(jīng)脫離橋面，易發(fā)生危險(xiǎn)安全3、汽車過(guò)凹橋時(shí)，在最低點(diǎn)時(shí)，車對(duì)凹橋的壓力怎樣？GFN移項(xiàng)：指向圓心的力背向圓心的力=向心力牛頓第三定律：

當(dāng)汽車的速度不斷增大時(shí)，壓力增加。當(dāng)壓力過(guò)大時(shí)，汽車將壓壞路面或爆胎。凹橋限速防爆胎！

汽車通過(guò)凹形橋面的最低點(diǎn)時(shí),車對(duì)地面的壓力比汽車所受的重力大，這樣車就不容易被水沖走了。比較三種橋面受力的情況失重超重平橋FNGGFN凸形橋最高點(diǎn)GFNa凹形橋最低點(diǎn)a例1：一輛卡車在丘陵地勻速行駛,地形如圖所示,由于輪胎太舊,途中爆胎,爆胎可能性最大的地段應(yīng)是()A、a處

B、b處

C、c處

D、d處abcdD壓力最大的地方，則運(yùn)用凹形橋模型：課堂練習(xí)例2：如圖所示，汽車以一定的速度經(jīng)過(guò)一個(gè)圓弧形橋面的頂點(diǎn)時(shí)，關(guān)于汽車的受力及汽車對(duì)橋面的壓力情況，以下說(shuō)法正確的是()A、在豎直方向汽車受到三個(gè)力：重力、橋面的支持力和向心力B、在豎直方向汽車只受兩個(gè)力：重力和橋面的支持力C、汽車對(duì)橋面的壓力小于汽車的重力D、汽車對(duì)橋面的壓力大于汽車的重力BC

課堂練習(xí)拱形橋原理：GFN

汽車不在拱形橋的最高點(diǎn)或最低點(diǎn)時(shí)，如圖，它的運(yùn)動(dòng)能用上面的方法求解嗎？為什么？可以：同樣也是把橋看成圓周運(yùn)動(dòng)的一部分。例3：質(zhì)量為25kg的小孩坐在秋千板上，小孩離系繩子的橫梁2.5m。如果秋千板擺到最低點(diǎn)時(shí)，小孩運(yùn)動(dòng)速度的大小是5m/s，她對(duì)秋千板的壓力是多大?解：

小孩到最低點(diǎn)時(shí)可按凹形橋模型處理，受力分析如圖所示。課堂練習(xí)GFN指向圓心的力背向圓心的力=向心力移項(xiàng)：

根據(jù)牛頓第三定律得知，小孩對(duì)秋千板的壓力大小500N。代入數(shù)據(jù)：GFN課堂小結(jié)一、火車轉(zhuǎn)彎①如果鐵路彎道的內(nèi)外軌一樣高外軌對(duì)輪緣的彈力提供火車轉(zhuǎn)彎的向心力：②如果在彎道使外軌略高于內(nèi)軌支持力F支與重力mg的合力指提供部分向心力：mgtanθ二、汽車過(guò)拱形橋1、汽車過(guò)平橋時(shí)：FN=mg2、汽車過(guò)凸橋時(shí)：F彈+指向圓心的力-背向圓心的力=向心力3、汽車過(guò)凹橋時(shí)：橫縣百合完全中學(xué)——韋衍虎6.4生活中的圓周運(yùn)動(dòng)（第2課時(shí)）

如果把地球看做一個(gè)巨大的拱形橋，橋面的半徑就是地球的半徑。會(huì)不會(huì)出現(xiàn)這樣的情況：速度大到一定程度時(shí)，地面對(duì)車的支持力是零？這時(shí)駕駛員與座椅之間的壓力是少？……問(wèn)題導(dǎo)入圓周的半徑近似等于地球半徑R。利用拱形橋模型：受力分析如圖G=mgFN指向圓心的力-背向圓心的力=向心力移項(xiàng)：

當(dāng)速度到達(dá)時(shí)，地面對(duì)汽車的支持力FN=0。v=7.9km/s完全失重狀態(tài)圓周的半徑近似等于地球半徑R。利用拱形橋模型：受力分析如圖G=mgFN指向圓心的力-背向圓心的力=向心力一、航天器中的失重現(xiàn)象當(dāng)力FN=0時(shí),航天員處于完全失重狀態(tài)得:此時(shí)人對(duì)座椅的壓力為零=7.9km/s物體做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)指向圓心的合外力等于向心力。

如果此時(shí)指向圓心的合外力(F拉）突然消失，物體會(huì)怎么運(yùn)動(dòng)呢？①一旦向心力突然消失（F=0），物體就沿著切線方向飛去。②在合力不足以提供所需的向心力時(shí)，物體雖然不會(huì)沿切線飛去，也會(huì)逐漸遠(yuǎn)離圓心。如果合力不足提供向心力的時(shí)候會(huì)怎么樣呢？二、離心運(yùn)動(dòng)什么情況下做離心運(yùn)動(dòng)呢？物體做圓周運(yùn)動(dòng)所需的力F需提供物體做圓周運(yùn)動(dòng)的力F合vvvOF向F向F向重力、彈力、摩擦力等，合力或分力提供向心力。物體運(yùn)動(dòng)情況決定物體受力情況決定受力分析運(yùn)動(dòng)分析OF合=

mω2rF合＜mω2rF

合=0①當(dāng)F合=F需②當(dāng)F合=0

③當(dāng)F合

＜F需④當(dāng)F合＞F需時(shí)，近心運(yùn)動(dòng)時(shí)，物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，物體沿切線方向飛出遠(yuǎn)離圓心時(shí)，物體做逐漸遠(yuǎn)離圓心的運(yùn)動(dòng)物體作離心運(yùn)動(dòng)的條件：0≤F合＜mω2rv紡織廠離心干燥離心運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用洗衣機(jī)離心脫水FNrO滾筒FNGf需要的向心力：俯視圖提供的向心力：FN當(dāng)時(shí)，水滴就做離心運(yùn)動(dòng)。

在煉鋼廠中，把熔化的鋼水澆入圓柱形模子，模子沿圓柱的中心軸線高速旋轉(zhuǎn)，鋼水由于離心運(yùn)動(dòng)趨于周壁，冷卻后就形成無(wú)縫鋼管。離心運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用離心危害

在水平公路上行駛的汽車，轉(zhuǎn)彎時(shí)所需的向心力是由車輪與路面間的靜摩擦力提供的。OF靜vGFN當(dāng)時(shí)，汽車做離心運(yùn)動(dòng)需要的向心力：提供的向心力：FNOFv

高速轉(zhuǎn)動(dòng)的砂輪、飛輪等，都不得超過(guò)允許的最大轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速過(guò)高時(shí)，砂輪、飛輪內(nèi)部分子間的相互作用力不足以提供所需向心力，離心運(yùn)動(dòng)會(huì)使它們破裂，釀成事故。離心危害O課堂練習(xí)例1：如果高速轉(zhuǎn)動(dòng)飛輪的重心不在轉(zhuǎn)軸上，運(yùn)行將不穩(wěn)定，而且軸承會(huì)受到很大的作用力，加速磨損。圖中飛輪半徑r=20cm，00'為轉(zhuǎn)動(dòng)軸。正常工作時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)軸受到的水平作用力可以認(rèn)為是0。假想在飛輪的邊緣固定一個(gè)質(zhì)量m=0.01kg的螺絲釘P，當(dāng)飛輪轉(zhuǎn)速n=1000r/s時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)軸00'受到多大的力？解：對(duì)釘受力分析如圖所示。OGFNF拉由F拉提供向心力：F拉=mw2rw=2πnF拉=m4π2n2r代入數(shù)據(jù)：

根據(jù)牛頓第三定律得知，軸受到的力F

＝7.89×104N

。例2：質(zhì)量為2.0×103kg的汽車在水平公路上行駛，輪胎與路面間的最大靜摩擦力為1.4×104N。汽車經(jīng)過(guò)半經(jīng)為50m的彎路時(shí)，如果車速達(dá)到72km/h，這輛車會(huì)不會(huì)發(fā)生側(cè)滑?課堂練習(xí)解：汽車速度：v=72km/h=20m/s汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)做圓周運(yùn)動(dòng)，所需要的向心力為：對(duì)小車受力分析如圖所示，由F靜提供向心力。而汽車所受的最大靜摩擦力F靜=1.4×104N

則，F(xiàn)向>Ff所提供的力不能滿足汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)做圓周運(yùn)動(dòng)，所以會(huì)發(fā)生側(cè)滑。課堂小結(jié)一、航天器中的失重現(xiàn)象當(dāng)力FN=0時(shí),航天員處于完全失重狀態(tài)二、離心運(yùn)動(dòng)①一旦向心力突然消失（F=0），由于慣性物體就沿著切線方向飛去。②在合力不足以提供所需的向心力時(shí)，物體雖然不會(huì)沿切線飛去，也會(huì)逐漸遠(yuǎn)離圓心。

1、做圓周運(yùn)動(dòng)的物體，在所受合外力突然消失或不足以提供圓周運(yùn)動(dòng)所需向心力時(shí)，就做逐漸遠(yuǎn)離圓心的運(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)就叫離心運(yùn)動(dòng)。2、物體作離心運(yùn)動(dòng)的條件：提供物體做圓周運(yùn)動(dòng)的力：物體做圓周運(yùn)動(dòng)所需的力：由物體受力情況決定，如：重力和支持力的合力（F合）提供向心力。由物體運(yùn)動(dòng)情況決定F需①當(dāng)F