物理人教版（2019）必修第二册6.4 生活中的圆周运动（共25张ppt)

(共25张PPT)
6.4 生活中的圆周运动
火车车轮与铁轨的构造
G
外轨
内轨
FN
外轨对轮缘的弹力提供向心力
思考：靠这种办法得到的向心力缺点是什么？
如何解决这一实际问题？
O
F
如果将火车转弯近似处理成匀速圆周运动分析，向心力来源：
让外轨高于内轨（外轨建高）
解决方案：
θ
铁路的弯道——外轨高于内轨
1.火车运动轨迹分析
h
正确
错误
θ
FN
G
O
F合
θ
铁路的弯道——外轨高于内轨
2、受力分析
F合＝mg tanθ
提供火车转弯时所需的向心力
Fn
h
FN
G
O
F合
θ
铁路的弯道——外轨高于内轨
2、受力分析
θ
FN
G
O
F合
θ
铁路的弯道——外轨高于内轨
F合＝mg tanθ
F合＝ Fn
提供火车转弯时所需的向心力
讨论：如果火车在转弯处的速度不等于规定的
速度会发生怎样的情况？
mg tanθ=
m
v2
R
v＝ gR tanθ
3、求解线速度
h
G
FN
θ
轮缘受到外轨向内的弹力
G
FN
θ
FN
FN
轮缘受到内轨向外的弹力
1.当火车行驶速率V>V规定时
2.当火车行驶速率Vmg tanθ=
m
v2
R
v＝ gR tanθ
θ
火车转弯——
h
水平面内的匀速圆周运动
举一反三 构建模型
火车转弯
水
平
面
内
的
圆
周
运
动
FN
G
O
F合
θ
FT
G
O
F合
θ
F
G
O
F合
θ
F
G
O
Fx =F合
θ
F合
Fy
水平面内的匀速圆周运动
1.圆锥摆模型
2.转盘、圆筒模型
情景二：拱形桥与凹形桥
比较相同的汽车以相同的速度驶过两种不同的桥面，哪种桥面受的压力大？（ 设车的质量为 m ，桥面半径为 r ，此时速度为 v）
拱形桥最高点：
凹形桥最低点：
FN
r
G
FN
O
r
mg
解:
由牛顿第二定律:
超重
失重
汽车在拱形桥恰好发生“飞车”的条件：
FN = 0
由
得，当
时
（半径越大的桥越不易飞车，因为临界速度大，包容性强）
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R。地面上有一辆车在行驶重量是G=mg,地面对它的支持力是FN.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？…....
思考讨论
R=6400km
航天器
mg
FN
FN=0
航天员处于完全失重状态
中的失重现象
1.向心力突然消失
或
2.合外力不足以提供做圆周运动的向心力
做圆周运动的物体做离心运动:
F合＜Fn:供不应求,离心而去.
·
·
F合=0
F合＜Fn
F合=Fn
F合＞Fn
F合=Fn:供求相当,圆周运动.
F合＞Fn：供大于求,向心而来.
离心运动
供:合外力
求:向心力
比较总结
4、离心运动的应用和防止
（1）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法使棉纱、毛线、纺织品干燥。
①洗衣机脱水
②医务人员用离心机分离血液
借助离心机，医务人员可以从血液中分离出血浆和红细胞
③棉花糖的制作
小朋友爱吃的 “棉花糖” 它的制作方法也应用了离心运动的原理。
④无缝钢管
在炼钢厂中，把熔化的钢水浇入圆柱形模子，模子沿圆柱的中心轴线高速旋转。
钢水由于离心运动趋于周壁，冷却后就形成无缝钢管。
（2）离心运动的防止
①汽车拐弯时限速
在水平公路上行驶的汽车转弯时静摩擦力提供汽车转弯时的向心力，如果转弯时速度过大，Fmax汽车转弯时速度过大会造成交通事故
v
汽车
Fmaxo
②高速旋转的飞轮、砂轮的限速
对于一些本身转动的物体也要预防离心现象例如：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。
高速转动的砂轮
课堂练习
1、如图所示，一辆汽车正通过一段弯道公路，视汽车做匀速圆周运动，则（　　）
A．该汽车速度恒定不变。
B．汽车左右两车灯的线速度大小相等。
C．若速率不变，则跟公路内道相比，汽车在外道行驶时所受的向心力较小 。
D．若速率不变，则跟晴天相比，雨天路滑时汽车在同车道上行驶时所受的向心力较小 。
C