3.3 离心现象 课件（37张PPT）高一下学期物理鲁科版（2019）必修第二册

鲁科版 必修第一册
第三节 离心现象
第三章 匀速圆周运动
鲁科2019
高中物理必修二
物体做匀速圆周运动时需要什么力？谁来提供？
向心力的特点
方向：
大小：
物体需要向心力，有合力提供向心力
总是指向圆心
提供物体做
圆周运动的力
物体做圆周运动所需的力
物体作圆周运动的条件
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
F
=
“供需”平衡 物体做圆周运动
本节课
牛顿第二定律F=ma的应用
O
mg
FN
f
一.车辆转弯时所需的向心力
1.汽车在水平路面转弯
如果弯道半径一定，汽车速度超过，一定限度时，汽车就会向外侧滑。
Vmax=????????????????????????
?
火车车轮的构造
火车车轮有突出的轮缘
2.火车转弯
火车在水平轨道（内外轨道一样高）上转弯时，所需的向心力由谁提供？
G
外轨
内轨
FN
F
外轨对轮缘的弹力
由于该弹力是由轮缘和外轨的挤压产生的,且由于火车质量很大,故轮缘和外轨间的相互作用力很大,易损坏铁轨.
(1)内外轨道一样高时转弯
怎么办?
θ
FN
G
O
F合
θ
(2) 外轨高内轨低时转弯
火车转弯时，外轨道应适当垫高，是火车通过弯道时，受到的重力与支持力的合力恰好提供向心力，此时，内外轨同轮缘间均无压力
向心力完全由重力G和支持力N的合力提供
O
G
FN
F合
θ
θ
1.轨道对轮缘无挤压，此时火车速度为多大呢？
F合＝mg tanθ
mg tanθ=m????????????????
?
????0=????????????????????????
?
临界速度：
2、当 v＜ gR tanθ ：
G
FN
θ
F
内轨对轮缘产生向外的弹力，内轨易损坏。
FNsin?????????????????????????=????????2????
?
mg tanθ=m????????????????
?
mg tanθ>m????????????
?
3、当 v＞ gr tanθ ：
外轨对轮缘产生向内的弹力
G
FN
θ
F
FNsin????+????????????????????=????????2????
?
思考：转弯速度如果过快，会发生什么？
火车脱轨
mg tanθ=m????????????????
?
mg tanθ?
二.竖直面内的圆周运动分析
黄石长江大桥
泸定桥
为什么生活中常见的是凸形桥，而不是凹形桥呢？
mg
FN
a
1.汽车过桥
mg
FN
a
失重
超重
如果V增大，会发生什么情况？
爆胎
速度增大，又会发生什么情况呢
v2
R
mg＝m
mg
FN
当FN = 0 时，汽车脱离桥面，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？
v＝ gR
v2
R
FN ＝mg－m
合外力不足以提供汽车做圆周运动的向心力---飞出去了
例2.一辆卡车在丘陵地匀速行驶,地形如图所示,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
b
c
d
D
如果把地球看成一个巨大的拱桥
会不会出现这样的情况：速度达到一定程度时，地面对车的支持力是0？
根据v=???????? 得：????=????????=8000m/s
?
这个速度也被称为“第一宇宙速度”
这时人对座椅的压力为零--完全失重
宇航员完全感受不到重力的存在，处于完全失重的状态。
思考：为什么在最高点时过山车没有掉下来？
为什么杯子倒过来的时候水没有流出来？
过山车
水流星表演
实验室的过山车
最高点
N
G
N=0时临界情况过山车刚好过最高点，
临界速度
如果V< 物体不能到达最高点。
N=0时临界情况水恰好不掉出，
临界速度
当 时，杯里的水做向心运动，没到最高点就会洒下来。
是“水流星”表演成功的关键.
G
N
在“水流星”表演中，杯子在竖直平面做圆周运动。在最高点时，杯口朝下，但杯中水却不会流下来，为什么？
水流星之谜
O
杆
O
管道
模型一：轻杆、圆管模型
问题：长为r的轻杆一端固定着一质量为m的小球，使小球在竖直平面内做圆周运动。当小球在最高点A的速度为v时，杆的受力与速度的关系怎样？
思考：绳和轻杆受力有什么区别？
mg
T
v
o
问题2:在最高点时，何时杆表现为拉力？何时杆表现为支持力？试求其临界速度。
杆球模型：
最高点：
拉力
支持力
临界速度：
当v当v>v0，杆对球有向下的拉力；
问题1:最高点的最小速度是多少?
最小速度v=0，此时mg=N
N
mg
v
o
有一竖直放置、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？
A
思考：小球过最高点的最小速度是多少?
当v=vmin，小球刚好能够通过最高点；
当v当v>vmin，小球能够通过最高点。
mg
N
总结：竖直平面内圆周运动的临界问题
物理情景
图示
在最高点的临界特点
做圆周运动条件
细绳拉着小球在竖直平面内运动
T=0

在最高点时速度应不小于
小球在竖直放置的光滑圆环内侧运动
FN=0

在最高点时速度应不小于
小球固定在轻杆上在竖直面内运动
V>0 F向>0
F向=FT+mg 或 F向=mg-Fn
在最高点速度应大于0
小球在竖直放置的光滑管中运动
V>0 F向>0
F向=FT+mg 或F向=mg-Fn
在最高点速度应大于0
例4．杂技演员表演“水流星”，在长为1.6 m的细绳的一端，系一个与水的总质量为m＝0.5 kg的盛水容器，以绳的另一端为圆心，在竖直平面内做圆周运动，如图所示，若“水流星”通过最高点时的速率为4 m/s，则下列说法正确的是（g＝10 m/s2）（ 　　）
A．“水流星”通过最高点时，有水从容器中流出
B．“水流星”通过最高点时，绳的张力及容器底部受到的压力均为零
C．“水流星”通过最高点时，处于完全失重状态，不受力的作用
D．“水流星”通过最高点时，绳子的拉力大小为5 N
B
例5.游乐场的过山车的运动过程可以抽象为图所示模型．弧形轨道的下端与圆轨道相接，使小球从弧形轨道上端A点由静止滑下，进入圆轨道后沿圆轨道运动，最后离开．试分析A点离地面高度h至少要多大，小球才可以顺利通过圆轨道最高点(已知圆轨道的半径为R，不考虑摩擦等阻力)．
【答案】　2.5R
三.生活中的离心运动
分析下面视频中运动产生的原因（条件）？
O
F合 = mω2r，物体做匀速圆周运动
F合＜mω2r ，物体做逐渐远离圆心的运动
F 合= 0 ，物体沿切线方向飞出远离圆心
1、定义：做圆周运动的物体，在受到的合外力突然消失或者不足以提供做圆周运动所需要的向心力的情况下，将远离圆心运动，我们把这种运动称为离心运动。这种现象称为离心现象。
2、条件：
0 ≤F合＜mω2r
供<需
离心抛掷
离心脱水
离心分离
离心甩干
3、离心运动的应用
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
4、离心运动的防止
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
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
例6.下列说法中正确的是（ ）
A．物体做离心运动时，将离圆心越来越远
B．物体做离心运动时，其运动轨迹是半径逐渐增大的圆
C．做离心运动的物体，一定不受到外力的作用
D．做匀速圆周运动的物体，因受合力大小改变而不做圆周运动时，将做离心运动
A
例7.如图所示，小物块位于放在地面上半径为R的半球的顶端，若给小物块一水平的初速度v时小物块对半球刚好无压力，则下列说法正确的是（ ）
A．小物块立即离开球面做平抛运动
B．小物块落地时水平位移为 R
C．小物块沿球面运动
D．小物块落地时速度的方向与地面成45°角
AB
鲁科版 必修第二册