物理人教版（2019）必修第二册6.4生活中的圆周运动（共32张ppt）
文档属性
| 名称 | 物理人教版（2019）必修第二册6.4生活中的圆周运动（共32张ppt） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 12.2MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-05-06 15:43:19 | ||
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文档简介
(共32张PPT)
第六章 圆周运动
6.4 生活中的圆周运动
人教版高中物理必修第二册
物体做圆周运动时需要什么力？谁来提供？
向心力，可以由某个力提供，也可以由几个力的合力或某个力的分力提供
向心力的大小和方向？
方向：
大小：
时刻指向圆心
物体做匀速圆周运动时，所受合外力有何特点？
合外力全部提供向心力，合外力的大小不变，方向始终指向圆心
知识回顾
提供物体做圆周运动的力
做圆周运动的物体所需的力
从“供” “需”两方面研究生活中做圆周运动的物体
由物体受力情况决定
由物体的运动情况决定
=
“供需”平衡时，物体能够做圆周运动
本节课
物体在什么条件下能做圆周运动？
汽车转弯时通常会有限速，特别是雨雪天气，这是为什么呢？
一、水平面内的圆周运动
1.汽车转弯
O
mg
FN
f静
汽车在水平地面上转弯的向心力由哪个力提供
一、水平面内的圆周运动
1.汽车转弯
模型一：质点
模型二：水平圆周运动模型
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。
O
mg
FN
Ff
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:
（限速）
O
mg
FN
Ff
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!
火车与铁轨间的摩擦力相对来说比较小，不能像汽车转弯一样提供其转弯所需的向心力，那么火车转弯时谁来提供它所需向心力呢？
一、水平面内的圆周运动
2.火车转弯
解决方法1：火车车轮有突出的轮缘
解决方法1：火车车轮有突出的轮缘
两轨道等高，此时火车要向右前方转弯
火车需要的向心力应该沿什么方向？向心力由什么力提供？
外轨
内轨
向心力由外轨给轮缘的弹力提供
该弹力是由轮缘和外轨挤压产生的，由于火车的质量很大，故轮缘与外轨间的相互作用力很大，极易损坏铁轨。这个问题又该如何解决呢？
F
外轨
内轨
解决方法2：铁路弯道处外轨高于内轨
设车轨间距为L，两轨道高度差为h，转弯半径为r，火车质量为m。求转弯时速度v0为多大轮缘对铁轨的侧压力正好为0
O
N
Nsinθ
mg
θ
θ
F向＝mg tanθ
火车转弯时所需的向心力
Fn = m
v02
R
v0＝ gR tanθ
Ncosθ
（设计速度）
若火车的速度大于或小于这个值时，情况如何？
轮缘受到外轨向内的弹力,外轨易损坏
设计速度
1、当 v =v0：
轮缘不受侧向压力
2、当 v >v0：
3、当 v轮缘受到内轨向外的弹力,内轨易损坏
F
F
火车弯道处超速是火车脱轨和翻车的主要原因
西班牙超速列车脱轨事件
类似于火车转弯
G
F
Fn
一、水平面内的圆周运动
3.飞机转弯
拱形桥
（凸形桥）
凹形桥
水平桥
二、汽车过弧形桥
模型一：质点
模型二：竖直圆周运动模型
生活中为什么我们经常见到凸桥，很少见到凹桥，相比之下凸桥有哪些优点呢？
凸桥可以让更大的船只通过，利于通航。
发洪水的时候，凸桥在相同的时间内可以流过更多的水，利于泄洪。
更加坚固、美观……
黄石长江大桥
泸定桥
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？
mg
FN
v2
R
mg－FN＝m
v2
R
FN ＝mg－m
v2
R
F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 ＜mg
v2
R
mg＝m
当 FN = 0 时，汽车脱离桥面，只受重力，汽车做平抛运动，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？
v2
R
FN ＝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？
mg
FN
脱离圆周轨道的最小速度→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？
FN
mg
v2
R
FN ＝mg + m
v2
R
F压＝FN ＝mg + m
v2
R
FN－mg＝m
汽车对桥的压力大于其所受重力，即处于超重状态
FN ＞mg
此时，汽车最容易发生爆胎
F压＝FN ＜mg
失重
超重
F压＝FN ＝mg
F压＝FN ＞mg
比较三种桥面受力的情况
三、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？……
思 考
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，支持力会变成零FN=0？
此时汽车处于完全失重状态。两物体之间不存在任何相互作用，与重力有关的所有现象都会消失
由
得
mg
FN
生活实例：航天器中的失重现象
重力全部用来提供向心力，物体处于完全失重状态
v ≈7900m/s
O
F合 = mω2r，
F合＜mω2r ，
F 合= 0 ，
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.
2、条件：
0 ≤F合＜mω2r
供<需
物体沿切线方向飞出远离圆心
物体做匀速圆周运动
物体做逐渐远离圆心的运动
四、离心运动
(1) 当 F＝mω2r 时，物体做匀速圆周运动；
(2) 当 F＝0 时，物体沿切线方向飞出；
(3) 当 F＜mω2r 时，物体逐渐远离圆心；
(4) 当 F＞mω2r 时，物体逐渐靠近圆心。
理解：
（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远离的运动。
离心运动的应用
离心抛掷
离心甩干
离心脱水
离心分离
要使原来作匀速圆周运动的物体作离心运动，该怎么办？
1、提高转速，使所需向心力增大到大于物体所受合外力.
2、减小合外力或使其消失.
供＝需
供<需
思 考
离心运动的危害与防止
O
F静
v
在水平公路上行驶的汽车，转弯时所需的向心力是由车轮与路面的静摩擦力提供的。如果转弯时速度过大，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.因此，在公路弯道处，车辆行驶不允许超过规定的速度.
当 时，汽车做离心运动
Fmax＜m
v2
r
离心运动的防止
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.
O
F
v
为什么转动的砂轮、飞轮等都要限速？
思 考
要防止离心现象发生，该怎么办？
1、减小物体运动的速度，使物体作圆周运动时所需的向心力减小.
2、增大合外力，使其达到物体作圆周运动时所需的向心力.
供<需
供＝需
第六章 圆周运动
6.4 生活中的圆周运动
人教版高中物理必修第二册
物体做圆周运动时需要什么力？谁来提供？
向心力，可以由某个力提供，也可以由几个力的合力或某个力的分力提供
向心力的大小和方向？
方向：
大小：
时刻指向圆心
物体做匀速圆周运动时，所受合外力有何特点？
合外力全部提供向心力，合外力的大小不变，方向始终指向圆心
知识回顾
提供物体做圆周运动的力
做圆周运动的物体所需的力
从“供” “需”两方面研究生活中做圆周运动的物体
由物体受力情况决定
由物体的运动情况决定
=
“供需”平衡时，物体能够做圆周运动
本节课
物体在什么条件下能做圆周运动？
汽车转弯时通常会有限速，特别是雨雪天气，这是为什么呢？
一、水平面内的圆周运动
1.汽车转弯
O
mg
FN
f静
汽车在水平地面上转弯的向心力由哪个力提供
一、水平面内的圆周运动
1.汽车转弯
模型一：质点
模型二：水平圆周运动模型
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。
O
mg
FN
Ff
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:
（限速）
O
mg
FN
Ff
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!
火车与铁轨间的摩擦力相对来说比较小，不能像汽车转弯一样提供其转弯所需的向心力，那么火车转弯时谁来提供它所需向心力呢？
一、水平面内的圆周运动
2.火车转弯
解决方法1：火车车轮有突出的轮缘
解决方法1：火车车轮有突出的轮缘
两轨道等高，此时火车要向右前方转弯
火车需要的向心力应该沿什么方向？向心力由什么力提供？
外轨
内轨
向心力由外轨给轮缘的弹力提供
该弹力是由轮缘和外轨挤压产生的，由于火车的质量很大，故轮缘与外轨间的相互作用力很大，极易损坏铁轨。这个问题又该如何解决呢？
F
外轨
内轨
解决方法2：铁路弯道处外轨高于内轨
设车轨间距为L，两轨道高度差为h，转弯半径为r，火车质量为m。求转弯时速度v0为多大轮缘对铁轨的侧压力正好为0
O
N
Nsinθ
mg
θ
θ
F向＝mg tanθ
火车转弯时所需的向心力
Fn = m
v02
R
v0＝ gR tanθ
Ncosθ
（设计速度）
若火车的速度大于或小于这个值时，情况如何？
轮缘受到外轨向内的弹力,外轨易损坏
设计速度
1、当 v =v0：
轮缘不受侧向压力
2、当 v >v0：
3、当 v
F
F
火车弯道处超速是火车脱轨和翻车的主要原因
西班牙超速列车脱轨事件
类似于火车转弯
G
F
Fn
一、水平面内的圆周运动
3.飞机转弯
拱形桥
（凸形桥）
凹形桥
水平桥
二、汽车过弧形桥
模型一：质点
模型二：竖直圆周运动模型
生活中为什么我们经常见到凸桥，很少见到凹桥，相比之下凸桥有哪些优点呢？
凸桥可以让更大的船只通过，利于通航。
发洪水的时候，凸桥在相同的时间内可以流过更多的水，利于泄洪。
更加坚固、美观……
黄石长江大桥
泸定桥
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？
mg
FN
v2
R
mg－FN＝m
v2
R
FN ＝mg－m
v2
R
F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 ＜mg
v2
R
mg＝m
当 FN = 0 时，汽车脱离桥面，只受重力，汽车做平抛运动，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？
v2
R
FN ＝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？
mg
FN
脱离圆周轨道的最小速度→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？
FN
mg
v2
R
FN ＝mg + m
v2
R
F压＝FN ＝mg + m
v2
R
FN－mg＝m
汽车对桥的压力大于其所受重力，即处于超重状态
FN ＞mg
此时，汽车最容易发生爆胎
F压＝FN ＜mg
失重
超重
F压＝FN ＝mg
F压＝FN ＞mg
比较三种桥面受力的情况
三、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？……
思 考
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，支持力会变成零FN=0？
此时汽车处于完全失重状态。两物体之间不存在任何相互作用，与重力有关的所有现象都会消失
由
得
mg
FN
生活实例：航天器中的失重现象
重力全部用来提供向心力，物体处于完全失重状态
v ≈7900m/s
O
F合 = mω2r，
F合＜mω2r ，
F 合= 0 ，
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.
2、条件：
0 ≤F合＜mω2r
供<需
物体沿切线方向飞出远离圆心
物体做匀速圆周运动
物体做逐渐远离圆心的运动
四、离心运动
(1) 当 F＝mω2r 时，物体做匀速圆周运动；
(2) 当 F＝0 时，物体沿切线方向飞出；
(3) 当 F＜mω2r 时，物体逐渐远离圆心；
(4) 当 F＞mω2r 时，物体逐渐靠近圆心。
理解：
（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远离的运动。
离心运动的应用
离心抛掷
离心甩干
离心脱水
离心分离
要使原来作匀速圆周运动的物体作离心运动，该怎么办？
1、提高转速，使所需向心力增大到大于物体所受合外力.
2、减小合外力或使其消失.
供＝需
供<需
思 考
离心运动的危害与防止
O
F静
v
在水平公路上行驶的汽车，转弯时所需的向心力是由车轮与路面的静摩擦力提供的。如果转弯时速度过大，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.因此，在公路弯道处，车辆行驶不允许超过规定的速度.
当 时，汽车做离心运动
Fmax＜m
v2
r
离心运动的防止
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.
O
F
v
为什么转动的砂轮、飞轮等都要限速？
思 考
要防止离心现象发生，该怎么办？
1、减小物体运动的速度，使物体作圆周运动时所需的向心力减小.
2、增大合外力，使其达到物体作圆周运动时所需的向心力.
供<需
供＝需