物理人教版（2019）必修第二册6.4 生活中的圆周运动（共39张ppt)

(共39张PPT)
6.4 生活中的圆周运动
课本P35
轨道与火车转弯：
问题：火车转弯时做匀速圆周运动，向心力由谁来提供？火车转弯时有什么要求？
一.转弯问题
1.火车转弯
内侧轨道
外侧轨道
水平线
课本P35
火车在弯道处行驶时，速度有要求吗？
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：
内外轨道一样高时
让外轨高于内轨（外轨建高）
解决方案：
一、火车转弯
火车转弯时认为在水平面做圆周运动，轨迹圆心在水平面内。
1.火车运动轨迹分析
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
轨迹圆心在水平面内。
一品P56
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
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）
此后车离开桥面，做平抛运动，直至落回水平地面。
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 ≈ R
O
以绕地球做匀速圆周运动的宇宙飞船为例，当飞船距地面高度为100 200 km 时，它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。
三、航天器中的失重现象
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
对飞船：
对宇航员：
四、离心运动
离心现象
做圆周运动的物体，由于惯性，总有沿着切线方向飞出去的趋势。但是物体没有飞出去，这是因为有其他力提供的向心力在拉着它，使它与圆心的距离保持不变。一旦提供的向心力突然消失，物体就会沿切线方向飞出去。
四、离心运动
供需关系图
提
提
提
物体沿切线方向沿直线飞出；
物体做离心运动，逐渐远离圆心；
物体做圆周运动；
提
物体做近心运动，逐渐靠近圆心。
F 是由指向圆心的合力来充当，可以是重力、拉力、摩擦力等；
提
F 是由物体的运动速度来决定的，即：
需
F =
需
F合＜Fn:供不应求,离心而去.
F合=Fn:供求相当,圆周运动.
F合＞Fn：供大于求,向心而来.
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。
离心运动的危害
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四、离心运动
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
多谢欣赏！