高中物理必修二6.4生活中的圆周运动(1)（课件）（28张PPT）
文档属性
| 名称 | 高中物理必修二6.4生活中的圆周运动(1)（课件）（28张PPT） |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 2.3MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2021-09-08 06:06:02 | ||
图片预览
文档简介
(共28张PPT)
生活中的圆周运动
Circular
motion
in
our
life
学习目标
1.能定性分析火车外轨比内轨高的原因。
2.能定量分析汽车在过拱形桥最高点和凹形桥最低点的压力问题。
3.知道航天器中的失重现象的本质。
4.知道离心运动及其产生的条件，了解离心运动的应用和防止。
目录
01火车转弯
02
汽车过拱形桥
03
航天器中的失重现象
04
离心运动
火车转弯
01
问题
在铁路转弯处，稍微留意一下，就能发现，内、外轨道的高度略有不同。你能解释其中的原因吗？
圆周运动是一中常见的运动形式，在生活中具有广泛的应用
火车转弯
火车转弯时实际是在做圆周运动，因而具有向心加速度。是什么力使它产生向心加速度?与汽车轮胎不同的是，火车的车轮上有突出的轮缘
火车转弯
如果铁路内外轨一样高，火车转弯时，向心力由什么提供？
外轨对轮缘的弹力是火车转弯所需向心力的主要来源。
火车转弯
如果在弯道处使外轨略高于内轨，又将如何呢？
mgtanθ=m
火车转弯
分析转弯时不同速度对轨道的影响
当
θ
很小时，由近似思想可知：
tan
θ
=
sin
θ
=
,易知v0=
h
l
1.当
v=v0时，火车对内外轨道都不产生挤压
2.当
v>v0时，火车对外轨道产生挤压
3.当
v拓展
汽车在水平路面上转弯时，由什么力提供向心力？
汽车侧向所受的静摩擦力
Ff=m
实际上，赛道和公路弯道又是如何呢？
路面是倾斜的，外高内低
将路面倾斜的原因是让支持力与竖直方向成一角度，这样支持力的水平分力就可以提供部分向心力，减小静摩擦力的负担。
从这个例子我们可以再一次看出，向心力是按效果命名的力，任何一个力
或几个力的合力，只要它的作用效果是使物体产生向心加速度，它就是物
体的向心力。如果认为做匀速圆周运动的物体除了受到另外物体的作用，
还要在受一个向心力，那就不对了。
汽车过拱形桥
02
汽车过拱形桥
分析汽车在最高点最低点向心力的来源
汽车通过拱形桥
拱形桥：
G-FN=m
汽车过凹形桥
凹形桥：
FN-G=
m
例题
有一辆质量为
800
kg
的小汽车驶在圆弧半径为
50
m
的拱桥。（
g
=10
N/kg
）
（1）汽车到达桥顶时速度为
5
m/s
，汽车对桥的压力是多大？
（2）汽车以多大速度经过桥顶时恰好腾空，对桥没有压力？
（3）汽车对地面的压力过小是不安全的。从这个角度讲，汽车过桥的速度
不能过大。对于同样的车速，拱桥圆弧的半径大些比较安全，还是小些比较安全？
（1）N=7600
N
（2）v=10
m/s
（3）半径大些更安全
思考
汽车在拱形桥上但不在最高点时，又该如何分析汽车所受的向心力？
将重力沿半径方向、切线方向进行正交分解，
由重力沿半径方向的分力、支持力的合力提供向心力。
思考与讨论
可以把地球看作一个巨大的拱形桥，桥面的半径就是地球的半径R。地面上有一辆汽车在行驶，
所受重力G=mg，地面对它的支持力为N。
根据上面的分析，汽车速度越大，地面对它的支持力就越小。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0？这时驾驶员与座椅之间的压力是多少？驾驶员各部分之间的压力是多少？他这时可能有什么感觉？
航天器中的
失重现象
03
航天器中的失重现象
上面“思考与讨论”中描述的场景其实已经实现了，
不过不是在汽车上，而是在航天器中。我们以绕地球做匀速圆周运动的宇宙飞船为例做些说明。
当飞船距地面高度为100~200km时，他的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受到的重力mg。
当飞船的运行速度达到多少时，航天员处于完全失重状态？
航天器中的失重现象
1
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，这是错误的。正是由于地球引力的存在，才使航天器连同其中的成员有可能做环绕地球的圆周运动。
2
这里的分析仅仅针对圆轨道而言。其实任何关闭了发动机，又不受阻力的飞行器的内部，都是一个完全适中的环境。例如向空中任何方向抛出的容器，其中的所有物体都处于完全失重状态。
离心运动
04
离心运动
做圆周运动的物体，由于惯性，总有沿着切线方向飞出去的倾向。但是物体没有飞出去，这是因为向心力在拉着它，使它与圆心的距离保持不变。一旦向心力突然消失，物体就会沿切线方向飞出去。
除了向心力突然消失这种情况外，在合力不足以提供所需的向心力时，物体虽然不会沿切线飞去，也会逐渐远离圆心。
这里描述的运动叫离心运动。
离心运动的应用
洗衣机脱水时利用离心运动把附着在物体上的水分甩掉；纺织厂也用这样的方式使棉纱、毛线、纺织品干燥。在炼钢厂中，把熔化的钢水浇入圆柱形模子，模子沿圆柱的中轴线高速旋转，钢水由于离心运动趋于周壁，冷却后就形成无缝钢管。水泥管道和水泥电线杆的制造也可以采用这种离心制管技术。借助离心机，医务人员可以从血液中分离出血浆和红细胞。
离心运动的危害
在水平公路上行驶的汽车，如果转弯时的速度过大，所需向心力F很大，大于最大静摩擦力f，汽车将做离心运动而造成事故。因此，在公路弯道，车辆不允许超过规定的速度。
高速转动的砂轮、飞轮等，都不得超过允许的最大转速。转速过高时，砂轮、飞轮内部分子间的相互作用力不足以提供所需向心力，离心运动会使它们破裂，酿成事故。
例题
质量为
2.0
t
的汽车在水平公路上行驶，轮胎与路面之间的最大静摩擦力为
1.5×104
N
。汽车经过半径为
50
m
的弯路时，如果车速达到
72
km/h
，这辆车会不会发生侧滑？
车速达到72
km/h，这辆车会发生侧滑
例题
有一种叫“飞椅”的游乐项目。长为
L
的钢绳一端系着座椅，另一端固定在半径为
r
的水平转盘边缘。转盘可绕穿过其中心的竖直轴转动。当转盘以角速度
ω
匀速转动时，钢绳和转轴在同一竖直平面内，与竖直方向的夹角为
θ
。不计钢绳重力。分析转盘转动的角速度
ω
与夹角
θ
的关系。
ω=
The
end
生活中的圆周运动
Circular
motion
in
our
life
学习目标
1.能定性分析火车外轨比内轨高的原因。
2.能定量分析汽车在过拱形桥最高点和凹形桥最低点的压力问题。
3.知道航天器中的失重现象的本质。
4.知道离心运动及其产生的条件，了解离心运动的应用和防止。
目录
01火车转弯
02
汽车过拱形桥
03
航天器中的失重现象
04
离心运动
火车转弯
01
问题
在铁路转弯处，稍微留意一下，就能发现，内、外轨道的高度略有不同。你能解释其中的原因吗？
圆周运动是一中常见的运动形式，在生活中具有广泛的应用
火车转弯
火车转弯时实际是在做圆周运动，因而具有向心加速度。是什么力使它产生向心加速度?与汽车轮胎不同的是，火车的车轮上有突出的轮缘
火车转弯
如果铁路内外轨一样高，火车转弯时，向心力由什么提供？
外轨对轮缘的弹力是火车转弯所需向心力的主要来源。
火车转弯
如果在弯道处使外轨略高于内轨，又将如何呢？
mgtanθ=m
火车转弯
分析转弯时不同速度对轨道的影响
当
θ
很小时，由近似思想可知：
tan
θ
=
sin
θ
=
,易知v0=
h
l
1.当
v=v0时，火车对内外轨道都不产生挤压
2.当
v>v0时，火车对外轨道产生挤压
3.当
v
汽车在水平路面上转弯时，由什么力提供向心力？
汽车侧向所受的静摩擦力
Ff=m
实际上，赛道和公路弯道又是如何呢？
路面是倾斜的，外高内低
将路面倾斜的原因是让支持力与竖直方向成一角度，这样支持力的水平分力就可以提供部分向心力，减小静摩擦力的负担。
从这个例子我们可以再一次看出，向心力是按效果命名的力，任何一个力
或几个力的合力，只要它的作用效果是使物体产生向心加速度，它就是物
体的向心力。如果认为做匀速圆周运动的物体除了受到另外物体的作用，
还要在受一个向心力，那就不对了。
汽车过拱形桥
02
汽车过拱形桥
分析汽车在最高点最低点向心力的来源
汽车通过拱形桥
拱形桥：
G-FN=m
汽车过凹形桥
凹形桥：
FN-G=
m
例题
有一辆质量为
800
kg
的小汽车驶在圆弧半径为
50
m
的拱桥。（
g
=10
N/kg
）
（1）汽车到达桥顶时速度为
5
m/s
，汽车对桥的压力是多大？
（2）汽车以多大速度经过桥顶时恰好腾空，对桥没有压力？
（3）汽车对地面的压力过小是不安全的。从这个角度讲，汽车过桥的速度
不能过大。对于同样的车速，拱桥圆弧的半径大些比较安全，还是小些比较安全？
（1）N=7600
N
（2）v=10
m/s
（3）半径大些更安全
思考
汽车在拱形桥上但不在最高点时，又该如何分析汽车所受的向心力？
将重力沿半径方向、切线方向进行正交分解，
由重力沿半径方向的分力、支持力的合力提供向心力。
思考与讨论
可以把地球看作一个巨大的拱形桥，桥面的半径就是地球的半径R。地面上有一辆汽车在行驶，
所受重力G=mg，地面对它的支持力为N。
根据上面的分析，汽车速度越大，地面对它的支持力就越小。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0？这时驾驶员与座椅之间的压力是多少？驾驶员各部分之间的压力是多少？他这时可能有什么感觉？
航天器中的
失重现象
03
航天器中的失重现象
上面“思考与讨论”中描述的场景其实已经实现了，
不过不是在汽车上，而是在航天器中。我们以绕地球做匀速圆周运动的宇宙飞船为例做些说明。
当飞船距地面高度为100~200km时，他的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受到的重力mg。
当飞船的运行速度达到多少时，航天员处于完全失重状态？
航天器中的失重现象
1
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，这是错误的。正是由于地球引力的存在，才使航天器连同其中的成员有可能做环绕地球的圆周运动。
2
这里的分析仅仅针对圆轨道而言。其实任何关闭了发动机，又不受阻力的飞行器的内部，都是一个完全适中的环境。例如向空中任何方向抛出的容器，其中的所有物体都处于完全失重状态。
离心运动
04
离心运动
做圆周运动的物体，由于惯性，总有沿着切线方向飞出去的倾向。但是物体没有飞出去，这是因为向心力在拉着它，使它与圆心的距离保持不变。一旦向心力突然消失，物体就会沿切线方向飞出去。
除了向心力突然消失这种情况外，在合力不足以提供所需的向心力时，物体虽然不会沿切线飞去，也会逐渐远离圆心。
这里描述的运动叫离心运动。
离心运动的应用
洗衣机脱水时利用离心运动把附着在物体上的水分甩掉；纺织厂也用这样的方式使棉纱、毛线、纺织品干燥。在炼钢厂中，把熔化的钢水浇入圆柱形模子，模子沿圆柱的中轴线高速旋转，钢水由于离心运动趋于周壁，冷却后就形成无缝钢管。水泥管道和水泥电线杆的制造也可以采用这种离心制管技术。借助离心机，医务人员可以从血液中分离出血浆和红细胞。
离心运动的危害
在水平公路上行驶的汽车，如果转弯时的速度过大，所需向心力F很大，大于最大静摩擦力f，汽车将做离心运动而造成事故。因此，在公路弯道，车辆不允许超过规定的速度。
高速转动的砂轮、飞轮等，都不得超过允许的最大转速。转速过高时，砂轮、飞轮内部分子间的相互作用力不足以提供所需向心力，离心运动会使它们破裂，酿成事故。
例题
质量为
2.0
t
的汽车在水平公路上行驶，轮胎与路面之间的最大静摩擦力为
1.5×104
N
。汽车经过半径为
50
m
的弯路时，如果车速达到
72
km/h
，这辆车会不会发生侧滑？
车速达到72
km/h，这辆车会发生侧滑
例题
有一种叫“飞椅”的游乐项目。长为
L
的钢绳一端系着座椅，另一端固定在半径为
r
的水平转盘边缘。转盘可绕穿过其中心的竖直轴转动。当转盘以角速度
ω
匀速转动时，钢绳和转轴在同一竖直平面内，与竖直方向的夹角为
θ
。不计钢绳重力。分析转盘转动的角速度
ω
与夹角
θ
的关系。
ω=
The
end