高一下学期物理人教版（2019）必修第二册 6.4 生活中的圆周运动 课件(共48张PPT)

(共48张PPT)
6.4 生活中的圆周运动
(一)
F向
一.铁路的弯道
火车车轮介绍
F
轮缘
外轨
内轨
如果转弯处内外轨一样高,外轨对轮缘产生挤压，这个弹力就是火车转弯的向心力。
但这样可能会造成什么后果？
铁轨和车轮容易损坏
应该如何解决这一实际问题？
当外轨略高于内轨时
θ
FN
mg
F合
△h
外轨
L

当V=V规时,内、外轨对车轮都无侧向压力
当V＞V规时,
仅外轨对车轮有侧向压力
当V＜V规时,
仅内轨对车轮有侧向压力
设定一规定速度v转弯时，若△h大小适当，向心力可完全由重力和支持力提供
实际速度远远大于V规呢
赛道的设计
二、拱形桥
设车质量为m，过最高点的速度为v，且设凸形路面对应的圆弧半径为R，则车在最高点时对地面的压力多大？
v
R
O
v
R
O
mg
FN
可见，汽车对桥的压力FN小于汽车的重力mg，并且压力随汽车速度的增大而减少。
失重现象
根据牛顿第三定律，车对地面的压力：
FN`=FN=mg - mv2/r
O
R
v
汽车过最低点时对地面的压力多大？
mg
FN
FN-mg=mv2/R
得：FN=mg+mv2/R
＞mg
根据牛顿第三定律，车对地面的压力：FN`=FN=mg+mv2/r
超重现象
汽车若安全过此路面，你认为应该采取什么措施？
减速行驶
一辆卡车在丘陵地区行驶（假设卡车的速率恒定），地形如下图所示，由于轮胎太旧，途中爆胎，爆胎可能性最大的地段应是（　　）
A．a处 B．b处
C．c处 D．d处
a
c
b
d
1.如图所示，将完全相同的两小球A、B用长L=0.8m的细绳，悬于以v =4m/s向右匀速运动的小车顶部，两球的小车前后壁接触。由于某种原因，小车突然停止，此时悬线中张力之比TB:TA为（g=10m/s2） ( )
A．1:1 　 B．1:2　　C．1:3 　 D．1:4
2.质量为２５Ｋg 的小孩坐在秋千板上，绳长２．５m，如果秋千摆到最低点时，小孩的速度为０．５m/s，则小孩对秋千板的压力是多大？
3.在水平圆盘上分别放甲、乙、丙三个质量m的物体，其轨道半径分别为r、2r、3r如图所示，三个物体的最大静擦力皆为所受重力的k倍，当圆盘角速度由小缓慢增加，相对圆盘首先滑动的是：（　 ）
A、甲物体　 B、乙物体
C、丙物体　 D、三个物体同时滑动
2. 如果甲、乙、丙质量分别
为m 、2m 、3m呢？
小结
一.铁路的弯道
当外轨略高于内轨时
当V=V规时,内、外轨对车轮都无侧向压力
当V＞V规时,仅外轨对车轮有侧向压力
当V＜V规时,仅内轨对车轮有侧向压力
二、拱形桥
v
R
O
mg
FN
失重现象
O
R
v
mg
FN
FN-mg=mv2/R
超重现象
作业本：Ｐ１５　１－６
生活中的圆周运动
（二）
复习
拱形桥
v
R
O
mg
FN
失重现象
O
R
v
mg
FN
FN-mg=mv2/R
超重现象
思考：
地球可以看做一个巨大的拱行桥，桥面的半径是地球半径
（约为6400km）。地面上有一辆车，假设可以不断加
速，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？
那此时车里的驾驶员受到的支持力为多少？
三、航天器中的失重现象
mg
FN
对宇航员：
FN = 0，宇航员处于完全失重状态
r
三、离心运动
2、离心运动方向：
1、物体做离心运动的条件：
沿切线方向。
远离圆心。
F
“供需”平衡 物体做匀速圆周运动
提供物体做匀速圆周运动的力
物体做匀速圆周运动所需的力
向心力公式的理解
=
从“供” “需”两方面研究做圆周运动的物体
三、离心运动 应用
1、脱水桶
利用离心运动把附着在衣服上的水分甩掉的装置
解释：
当脱水桶转得比较慢时，水滴跟衣服的附着力F足以提供所需的向心力，使水滴做圆周运动。当桶转得比较快时，附着力 F 不足以提供所需的向心力，于是水滴做离心运动，穿过桶孔，飞到外面。
2、用离心机把体温计的水银柱甩回玻璃泡内
当离心机转得比较慢时，缩口的阻力 F 足以提供所需的向心力，缩口上方的水银柱做圆周运动。当离心机转得相当快时，阻力 F 不足以提供所需的向心力，水银柱做离心运动而进入玻璃泡内。
3、制作“棉花”糖的原理：
内筒与洗衣机的脱水筒相似，里面加入白砂糖，加热使糖熔化成糖汁。内筒高速旋转，黏稠的糖汁就做离心运动，从内筒壁的小孔飞散出去，成为丝状到达温度较低的外筒，并迅速冷却凝固，变得纤细雪白，像一团团棉花。
4、离心分离器的原理：
可以将固体和液体分离开来。
质量大的固体需要的向心力比液体大，“远离圆心的程度”比液体明显。
三、离心运动 的危害
汽车转弯为什么会翻车？
竖直平面内的圆周运动
研究与讨论
2、有无可能做这样的运动？若可能应满足怎样的条件？
G
FN
问题1：绳球模型
用长为L的细绳拴着质量为m的小球，使小球在竖直平面内做圆周运动，如图所示。
o
A
L
v1
B
v2
试分析：
（1）当小球在最低点A的速度为v1时，其绳的张力为多大？
（2）当小球在最高点B的速度为v2 时，其绳的张力与速度的关系怎样？
v1
o
mg
F2
mg
F1
思考：过最高点的最小速度是多大
(1)当F=0时，速度v为最小值
最低点：
最高点：
v2
拓展：物体沿竖直内轨运动
有一个竖直放置的内壁光滑圆环，其半径为R，质量为m的小球沿它的内表面做圆周运动，分析小球在最高点A的速度应满足什么条件？
v
A
mg
FN
A
明确：向心力和向心加速度公式同样适合于变速圆周运动,但求质点在圆周上某点的向心力和向心加速度的大小,必须用该点的瞬时速度值。
小结：
实例一：水流星
思考： 在“水流星”的表演中，杯子在竖直面内做圆周运动，到最高点时，杯口朝下，但杯中的水却不会流下来，为什么呢？
作圆周运动的物体总需要向心力。当杯子以速度v 转过最高点时，杯中的水受力如图所示。
对杯中的水：
G
FN
由此可知，v 越大，杯子底对水的压力越大。
FN = 0
此时水恰好不流出。
表演“水流星”节目的演员，需要保证杯子在圆周运动最高点的线速度不得小于
即∶
思考：过山车为什么在最高点也不会掉下来？
实例二：过山车
G
FN
FN = 0
要想保证过山车在最高点不掉下来，此时速度
问题2：杆物模型：
用长为L的轻杆一端固定着一个质量为m的小球，使小球在竖直平面内做圆周运动，如图所示。
试分析：
（1）当小球在最低点A的速度为v2时，杆的受力与速度的关系怎样？
（2）当小球在最高点B的速度为v1时，杆的受力与速度的关系怎样？
A
B
F3
mg
F1
mg
F2
v1
v2
o
思考:过最高点的最小速度是多大 何时杆子表现为拉力,何时表现为支持力
问题2：杆物模型：
A
B
拓展：物体在管型轨道内的运动
如图，有一内壁光滑竖直放置的管型轨道半径为R，内有一质量为m的小球，沿其竖直方向上的做变速圆周运动，小球的直径刚好与管的内径相等
（1）小球在运动到最高点的时候速度与受力的关系是怎样的？
（2）小球运动到最低点的时候速度与受力的关系又是怎样？
G
V1(V2)
A
G
F3
V3
分析：
F1
F2
R
最高点:
;
最低点：
思考：小球在最高点的最小速度可以是多少？什么时候外管壁对小球有压力，什么时候内管壁对小球有支持力 什么时候内外管壁都没有压力？
（1）最高点最小速度
（2）当
时，管壁对小球没有力的作用
时，外管壁对小球有作用力
（3）当
V >
时，内管壁对小球有作用力
（4）当
V <
长为0.6 m的轻杆OA(不计质量), A端插个质量为2.0 kg的物体,在竖直平面内绕O点做圆周运动,当球达到最高点的速度分别为3 m/s, m/s, 2 m/s时, 求杆对球的作用力各为多少
O
A
巩固应用：