高中物理必修二6.4 生活中的圆周运动（课件）（38张PPT）

(共38张PPT)
第五章
曲线运动
第七节生活中的圆周运动
1、什么是向心力？其作用是什么？
一、知识回顾
提供物体做圆周运动的力
(受力分析)
物体做圆周运动所需的力
（运动分析）
二、火车转弯
1、认识火车轨道
轮缘
轨道
2、等高轨道与不等高轨道
FN
F
G
轮缘
轨道
FN
G
α
水平轨道火车转弯
倾斜轨道火车转弯
分别受力分析，对比两种情况，你发现了什么？
3、高低轨转弯的基本规律
根据牛顿第二定律：
FN
G
F
θ
α
受力分析可得：F合=mg
tan
θ
；外轨对外轮缘有弹力
(挤压外轨)
；内轨对内轮缘有弹力
(挤压内轨)
分析可知：
例1、铁路转弯处的圆弧半径是300m，轨距是1.435m，规定火车通过这里的速度是72km/h。g=10m/s2，当α很小时，tanα=sinα。
（1）内外轨的高度差应该是多大，才能使铁轨不受轮缘的挤压？
（2）保持内外轨的这个高度差，如果车的速度大于或小于72km/h，会分别发生什么现象？说明理由。
FN
G
α
L=1.435m
h？
例2、在修筑铁路时，弯道处的外轨会略高于内轨(如图)，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，以下说法中正确的是(　　)
A．该弯道的半径R＝v2/r
B．当火车质量改变时，规定的行驶速度也将改变
C．当火车速率大于v时，外轨将受到轮缘的挤压
D．当火车速率小于v时，外轨将受到轮缘的挤压
C
二、汽车转弯
1、平地转弯与山路转弯
A、平地转弯
Ff
G
N
Ff
分析可知，此时车轮与地面的摩擦力提供向心力。
=μmg
为安全行驶：可采取哪些措施？
①增大动摩擦因数μ
②增大转弯半径
③使路面倾斜
B、山路转弯
F合
G
N
分析可知，此时车的重力与支持力的合力提供向心力。
α
车有外滑趋势，
(指向弯道内侧摩擦力)
车有内滑趋势，
(指向弯道外侧摩擦力)
进一步分析可知：
例3、摩托赛车在水平路面上转弯，地面的摩擦力已达到最大，当摩托赛车的速率增为原来的2倍时，则摩托赛车转弯的轨道半径必须（
）
A、至少增大到原来的4倍
B、至少增大到原来的2倍
C、至少增大到原来的√2倍
D、减小到原来的1/2
A
例4、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.
路面外侧低内侧高
B.
车速只要低于v0，车辆便会向内侧滑动
C.
当路面结冰时,与未结冰时相比,v0的值变小
D.
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
例5、水平路面汽车转弯靠静摩擦力充当向心力,由于静摩擦力有个最大值,所以,在转弯半径r一定的情况下,转弯的速度v0不能太大,我们可以在转弯处设计成倾角为θ的坡路,如图所示,在动摩擦因数μ不变的情况下,且μ)
A.
汽车在水平路面转弯，汽车的质量越大，转弯允许的最大速度越大
B.
汽车在倾斜路面转弯，随速度的增大，受到的摩擦力增大
C.
汽车恰好能停在倾角为θ的倾斜路面上
D.
汽车在倾斜路面转弯,若沿倾斜路面方向没有侧滑运动趋势,则速度v0=√grtanθ
D
1、定义：做匀速圆周运动的物体,在一定条件下,做逐渐远离圆心的运动,这种运动叫离心运动。
三、离心运动
2、原因：向心力突然消失或者合外力不足于提供向心力。
3、合外力超过所需向心力，物体做逐渐靠近圆心的运动，即向心运动（近心运动）。
4、生活现象
例6、下列关于离心现象的说法正确的是(
)
A.
做匀速圆周运动的物体，当它所受的一切力都突然消失时，它将沿切线做直线运动
B.
当物体所受的离心力大于向心力时产生离心现象
C.
做匀速圆周运动的物体，当它所受的一切力都消失时，它将做背离圆心的圆周运动
D.
做匀速圆周运动的物体，当它所受的一切力都突然消失时，它将做曲线运动
A
例7、如图,光滑水平面上,小球m在拉力F作用下做匀速圆周运动,若小球运动到P点时,拉力F突然减小为F2,关于小球运动情况的说法正确的是（?）
A.
小球在离心力作用下将沿轨迹Pa做离心运动
B.
小球在离心力作用下将沿轨迹Pb做离心运动
C.
小球在离心力作用下将沿轨迹Pc做离心运动
D.
小球将沿轨迹Pb做离心运动，但不受离心力
D
四、汽车过桥
1、凸形桥
对车受力分析有：
G
N
由牛顿第二定律：
由上式，当速度v增加时，支持力N减小
当N=0时，
即说明当车过凸形桥时，车容易“飘”
2、凸形桥
对车受力分析有：
G
N
由牛顿第二定律：
由上式，当速度v增加时，支持力N增加
当N=Nm时，
即说明当车过凹形桥时，车容易“爆胎”
例8、质量为m
的汽车以速率v通过半径为R的拱桥,如图所示,求汽车在桥顶时对路面的压力是多大?
解:汽车通过桥顶时,受力如图:
mg
FN
O
R
由牛顿第二定律:
由牛顿第三定律:
失重
完全失重
当:
例9、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,地面对车的支持力为零?这时驾驶员与座椅之间的压力是多少……
第一宇宙速度
思考：航天员在航天器中绕地球做匀速圆周运动时,航天员处于完全的失重状态，航天员是否不受地球引力？
mg
FN
由牛顿第二定律：
当FN=0时，
此时座舱对航天员的支持力FN＝0，
航天员处于失重状态
例10、(多)宇宙飞船绕地球做匀速圆周运动，下列说法中正确的有(
)
A．在飞船内可以用天平测量物体的质量
B．在飞船内可以用水银气压计测舱内的气压
C．在飞船内可以用弹簧测力计测拉力
D．在飞船内将重物挂于弹簧测力计上，弹簧测力计示数为0，但重物仍受地球的引力
CD
五、杆模型与绳模型
1、轻绳模型
mg
F
受力分析如图：
由牛顿第二定律可得：
当v减小时，拉力F减小，
临界当F=0时，v取得最小值
绳模型（水流星），经过最高点v的速度不小于
2、单环模型
mg
F
同理由：
可得
若v小于临界速度，将出现脱轨现象
例11、(多选)用细绳拴着质量为m的小球，在竖直平面内做半径为R的圆周运动，如图所示．则下列说法正确的是(
)
A．小球通过最高点时，绳子张力可以为0
B．小球通过最高点时的最小速度为0
C．小球刚好通过最高点时的速度是
D．小球通过最高点时，绳子对小球的作用力可以与球所受重力方向相反
AC
例12、如图，在竖直平面内有一半径为R的半圆形轨道，最高点为P点，现让一小滑块(可视为质点)从水平地面上向半圆形轨道运动，下列关于小滑块运动情况的分析，正确的是(
)
D
A．若vP＝0，小滑块恰能通过P点，且离开P点后做自由落体运动
B．若vP＝0，小滑块能通过P点，且离开P点后做平抛运动
C．若vP＝
，小滑块恰能到达P点，且离开P点后做自由落体运动
D．若vP＝
，小滑块恰能到达P点，且离开P点后做平抛运动
例13、（多）英国特技演员史蒂夫·特鲁加里亚曾飞车挑战世界最大环形车道．如图所示，环形车道竖直放置，直径达12
m．若汽车在车道上以12
m/s恒定的速率运动，演员与汽车的总质量为1
000
kg，重力加速度g取10
m/s2，则(
)
A．汽车通过最低点时，演员处于超重状态
B．汽车通过最高点时对环形车道的压力为1．4×104
N
C．若要挑战成功，汽车不可能以低于12
m/s的恒定速率运动
D．汽车在环形车道上的角速度为1
rad/s
选AB.
AB
3、轻杆模型
假设杆与物块恰好无作用力：受力分析如图：
由牛顿第二定律可得：
得：
mg
①当v增加时，所需向心力变大，重力不足于提供向心力，杆提供向下的拉力。
②当v减小时，所需向心力变小，重力超过所需向心力，杆提供向上的支持力。
(1)当v＝0时，FN＝mg，FN为支持力，沿半径背离圆心。
(2)当0，FN背离圆心，随v的增大而减小
(3)当v＝时，FN＝0
(4)当v>时，FN＋mg＝m
，
FN指向圆心，随v的增大而增大
4、双环模型
mg
mg
N
①在最高点分析，球可能受到向上的支持力，也可能受到向下的支持力，还可能不受支持力。
②在最低点分析，球肯定受到向上的支持力
例14、(多)
一轻杆一端固定质量为m的小球，以另一端O为圆心，使小球在竖直面内做半径为R的圆周运动，如图所示，则下列说法错误的是(
)
A．小球过最高点时，杆所受到的弹力可以等于零
B．小球过最高点的最小速度是零
C．小球过最高点时，杆对球的作用力一定随速度增大而增大
D．小球过最高点时，杆对球的作用力一定随速度增大而减小
CD
例15、（多）如图,长0.5m的轻质细杆,一端固定有一个质量为3kg的小球,另一端由电动机带动,使杆绕O点在竖直平面内做匀速圆周运动,小球的速率为2m/s,取重力加速度g=10m/s2,下列说法正确的是（
）
A.小球通过最高点时，对杆的拉力大小是24N
B.小球通过最高点时，对杆的压力大小是6N
C.小球通过最低点时，对杆的拉力大小是54N
D.小球通过最低点时，对杆的拉力大小是24N
BC
例16、（多）宇航员在绕地球匀速运行的空间站做实验．如图，光滑的半圆形管道和底部粗糙的水平AB管道相连接，整个装置安置在竖直平面上，宇航员让一小球(直径比管道直径小)以一定的速度从A端射入，小球通过AB段并越过半圆形管道最高点C后飞出，则(
)
A．小球从C点飞出后将做平抛运动
B．小球在AB管道运动时不受摩擦力作用
C．小球在半圆管道运动时受力平衡
D．小球在半圆管道运动时对管道有压力
BD
例17、如图所示，质量为m的小球在竖直放置的光滑圆形管道内做圆周运动，ab是过轨道圆心的水平线，下列说法中正确的是(
)
A．小球在ab线上方管道中运动时，内侧管壁对小球一定有作用力
B．小球在ab线上方管道中运动时，外侧管壁对小球一定有作用力
C．小球在ab线下方管道中运动时，内侧管壁对小球一定有作用力
D．小球在ab线下方管道中运动时，外侧管壁对小球一定有作用力
D