6.4 生活中的圆周运动 课件（共49张PPT）高一下学期物理人教版（2019）必修第二册

(共49张PPT)
生活中的圆周运动
1.火车拐弯
2.汽车过拱形桥
3.航天器的失重现象
4.离心运动
2. 物体做匀速圆周运动时，必须有力提供
1. 向心力是按效果命名的力
向心力
3. 向心力的特点：
方向：随时改变，总是指向圆心
作用效果：只改变速度的方向
向心力是合力
大小：
知识回顾
火车车轮有突出的轮缘
重点一：火车转弯
G
FN
F
外轨对轮缘的弹力
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？
内轨
外轨
重点一：火车转弯
θ
FN
G
O
F合
θ
火车转弯所需的向心力的方向是在水平方向上还是在与斜面平行的方向上？
在转弯处外轨略高于内轨
重点一：火车转弯
O
G
FN
F合
θ
θ
F合＝mg tan θ
火车转弯时所需的向心力
Fn = m
v2
R
v＝ gR tan θ
若火车的速度大于或小于这个值时，轨道对轮缘有挤压吗？
轨道对轮缘无挤压，此时火车的速度为多大？
重点一：火车转弯
2.当 v＜ gR tan θ ：
1.当 v＞ gR tan θ ：
G
FN
θ
轮缘受到外轨挤压的弹力
G
FN
θ
F
F
轮缘受到内轨挤压的弹力
重点一：火车转弯
重点一：火车转弯
速度过大
挤压外轨
速度过小
挤压内轨
赛道的设计
重点一：火车转弯
重点一：火车转弯
重点一：火车转弯
类似的案例
室内自行车赛
重点一：火车转弯
重点一：火车转弯
重点一：火车转弯
类似的案例
旋转飞椅
重点一：火车转弯
重点一：火车转弯
重点一：火车转弯
类似的案例
小球在漏斗里做圆周运动
圆锥摆
重点一：火车转弯
重点一：火车转弯
重点一：火车转弯
类似的案例
1、火车以半径R= 900 m转弯，火车质量为8×105 kg ，速度为30 m/s，火车轨距l=1.4 m，要使火车通过弯道时仅受重力与轨道的支持力，轨道应该垫的高度h ？（θ 较小时tan θ=sin θ ）
FN
mg
F
θ
h
由力的关系得：
由向心力公式得：
由几何关系得：
解：
=0.14 m
课后练习
处理圆周运动问题的基本思路：
1）找到圆周运动的圆平面，确定圆心找到半径
2）受力分析，找到向心力的来源；
3）利用三角函数联立求解
重点二：汽车过桥
拱形桥
水平桥
凹形桥
FN＝mg
黄石长江大桥
当 时汽车对桥的压力为零。（临界速度）
1.求汽车以速度v 过半径为r 的拱桥最高点时对拱桥的压力？
【解】G和FN的合力提供汽车做圆周运动的向心力，由牛顿第二定律得：
可见汽车的速度越大对桥的压力越小。
N
G
当ｖ大于ｖ临界时，汽车做什么运动？
飞离桥面
做平抛运动！
由于加速度ａ竖直向下，属失重现象。
m
重点二：汽车过桥
泸定桥
FN
G
【解】G和FN的合力提供汽车做圆周运动的向心力，由牛顿第二定律得：
可见汽车的速度v越大，对桥的压力越大。
由于加速度ａ的方向竖直向上，属超重现象。
m
2.求汽车过凹形路段最低点时对路面的压力？
重点二：汽车过桥
用模拟实验验证分析
注意观察指针的偏转大小
重点二：汽车过桥
失重
超重
FN=G
重点二：汽车过桥
1.一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
课后练习
2.如图所示，汽车以一定的速度经过一个圆弧形桥面的顶点时，关于汽车的受力及汽车对桥面的压力情况，以下说法正确的是 ( )（多选）
A. 在竖直方向汽车受到三个力：重力、桥面的支持力和向心力
B. 在竖直方向汽车只受两个力：重力和桥面的支持力
C. 汽车对桥面的压力小于汽车的重力
D. 汽车对桥面的压力大于汽车的重力
BC
课后练习
　　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？……
此描述中的情景其实已经实现，不过不是在汽车上，而是在航天飞机中．
思考与讨论
1.航天器在发射升空（加速上升）时，航天员处在超重还是失重状态？
2.航天器在轨道正常运行（绕地球做匀速圆周运动）时，航天员处在超重还是失重状态？
超重
FN
mg
a

FN－mg ＝ma
FN＞mg
重点三：航天器中的失重现象
v2
r
FN ＝mg－m
航天器绕地球做匀速圆周运动，假设它的线速度的大小为v ，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测得的体重mg .
失重
v＝ gR
当 时，座舱对航天员的支持力FN＝0 ，航天员处于完全失重.
v2
R
mg－FN＝m
有人把航天器失重的原因说成是它离地球太远，从而摆脱了地球引力，这种说法对吗？
正是由于地球引力的存在，才使航天器连同其中的人和物体绕地球做圆周运动.
重点三：航天器中的失重现象
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.
<
重点四：离心运动
供
提供物体做圆周运动的力
需
物体做匀速圆周运动所需的力
2、向心(近心)运动
F>mrω2
做圆周运动的物体，在所受合外力大于物体所需的向心力时（ F合> Fn ），就做逐渐靠近圆心的运动，这种运动就叫做向心(近心)运动。
重点四：离心运动
>
供
提供物体做圆周运动的力
需
物体做匀速圆周运动所需的力
3.物体作离心运动的条件：
Fn > F供
Fn=F需= F供 做什么运动？
圆周
重点四：离心运动
供
提供物体做圆周运动的力
需
物体做匀速圆周运动所需的力
Fn=F需= 0 做什么运动？
直线
Fn=F需>F供 做什么运动？
离心
Fn=F需近心
重点四：离心运动
离心运动的应用与防止
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
重点四：离心运动
离心运动的应用
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” 的制作方法也应用了离心运动的原理。
重点四：离心运动
离心运动的应用
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。
重点四：离心运动
离心运动的应用
1.要使原来作匀速圆周运动的物体作离心运动，该怎么办？
供＝需
供<需
提高转速，使所需向心力增大到大于物体所受合外力
减小合外力或使其消失
供
提供物体做圆周运动的力
需
物体做匀速圆周运动所需的力
重点四：离心运动
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
重点四：离心运动
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
高速转动的砂轮
重点四：离心运动
离心运动的防止
要防止离心现象发生，该怎么办？
供＝需
供<需
思考讨论
供
提供物体做圆周运动的力
需
物体做匀速圆周运动所需的力
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.
增大合外力，使其达到物体作圆周运动时所需的向心力.
1、如图所示，质量可以不计的细杆的一端固定着一个质量为m的小球，另一端能绕光滑的水平轴O转动。让小球在竖直平面内绕轴O做半径为l 的圆周运动，小球通过最高点时的线速度大小为v。下列说法中正确的是( )
A. v不能小于
B. v ＝
时，小球与细杆之间无弹力作用
时，小球与细杆之间的弹力随v增大而增大
C. v大于
时，小球与细杆之间的弹力随v减小而增大
D. v小于
BCD
练习巩固
2．杂技演员表演“水流星”，在长为L＝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(取g＝10 m/s2) ( 　　)
A．“水流星”通过最高点时，没有水从容器中流出
B．“水流星”通过最高点时，绳的拉力及容器底部
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
AB
练习巩固
3. 质量为m的小球，用一条绳子系着在竖直平面内做圆周运动，小球到最高点时的速度为v，到达最低点时的速度为 ，则小球通过上述两位置处时绳子所受的张力之差是 ( )
A.6mg B.5mg
C.4mg D.2mg
A
例题讲解
练习巩固
3.航天器中的失重现象
2.小车过桥
1.火车转弯
4.离心运动的利用与防止
课堂小结
2、一辆汽车匀速率通过半径为R的圆弧拱形路面，关于汽车的受力情况，下列说法正确的是（ ）
A.汽车对路面的压力大小不变，总是等于汽车的重力
B.汽车对路面的压力大小不断发生变化，总是小于汽车所受重力
C.汽车的牵引力不发生变化
D.汽车的牵引力逐渐变小
BD
课后练习
1．人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动，下列说法中正确的有 (　　)
A．可以用天平测量物体的质量
B．可以用水银气压计测舱内的气压
C．可以用弹簧测力计测拉力
D．在卫星内将重物挂于弹簧测力计上，弹簧测力计示
数为零，但重物仍受地球的引力
CD
训练巩固
2．下列有关洗衣机脱水筒的脱水原理说法正确的是 (　　)
A．水滴受离心力作用，而沿背离圆心的方向甩出
B．水滴受到向心力，由于惯性沿切线方向甩出
C．水滴受到的离心力大于它受到的向心力，从而沿切线
方向甩出
D．水滴与衣服间的附着力小于它所需的向心力，于是沿
切线方向甩出
D
训练巩固
4. 有一列重为100 t的火车，以72 km/h的速率匀速通过一个内外轨一样高的弯道，轨道半径为400 m.(g取10 m/s2)
(1)试计算铁轨受到的侧压力；
(2)若要使火车以此速率通过弯道，且使铁轨受到的侧压力为零，我们可以适当倾斜路基，试计算路基倾斜角度θ的正切值.
训练巩固
5. 有一列重为100 t的火车，以72 km/h的速率匀速通过一个内外轨一样高的弯道，轨道半径为400 m.(g取10 m/s2)
(1)试计算铁轨受到的侧压力；
(2)若要使火车以此速率通过弯道，且使铁轨受到的侧压力为零，我们可以适当倾斜路基，试计算路基倾斜角度θ的正切值.
FN
mg
训练巩固
提供物体做
圆周运动的力
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
物体做圆周
运动所需的力
课程导入