6.4生活中的圆周运动 课件 (45张PPT) 高一下学期物理 人教版(2019) 必修第二册

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名称 6.4生活中的圆周运动 课件 (45张PPT) 高一下学期物理 人教版(2019) 必修第二册
格式 pptx
文件大小 44.9MB
资源类型 教案
版本资源 人教版(2019)
科目 物理
更新时间 2025-09-16 09:12:27

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文档简介

(共45张PPT)
第六章 圆周运动
第4节 生活中的圆周运动
1.会分析火车转弯、汽车过拱形桥等实际运动问题中向心力的来源,能解决生活中的圆周运动问题.
2.了解航天器中的失重现象及原因.
3.了解离心运动及物体做离心运动的条件,知道离心运动的应用及危害
学习目标
课堂引入:
问题1:在铁路弯道处,内、外轨道的高度一样吗?
课堂引入:
问题2:火车在弯道处行驶时,速度有要求吗?
真实的火车转弯
一、火车转弯
车轮的构造
FN
F
G
内外轨道一样高时转弯
外轨对轮缘的弹力F提供向心力F=F向
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.
怎么办?
θ
FN
G
O
F合
θ
外轨高于内轨道时转弯
外轨略高于内轨
火车转弯所需的向心力的方向是在水平方向上而不是在与斜面平行的方向上。
O
G
FN
F合
θ
θ
F合=mg tanθ
轨道对轮缘无挤压,此时火车的速度为多大?
火车转弯时所需的向心力
Fn = m
v2
R
v= gR tanθ
若火车的速度大于或小于这个值时,轨道对轮缘有挤压吗?
当 v< gR tanθ :
当 v> gR tanθ :
G
FN
θ
轮缘受到外轨向内的弹力
G
FN
θ
F
F
轮缘受到内轨向外的弹力
(1)如果火车行驶速度v=v0:
(2)如果火车行驶速度v>v0:
(3)如果火车行驶速度v两侧轮轨均无挤压,此时为最安全的过弯速度
外侧轮轨挤压,此时外轨易损坏
内侧轮轨挤压,此时内轨易损坏
转弯时的火车:外高内低时
飞机转弯:类似于火车转弯
G
F
Fn
二、汽车过拱形桥和凹形桥
生活中,常见桥有很多种,下面先讨论经过拱形桥的情景。
汽车过拱形桥
质量为m的汽车在拱形桥上以速度v行驶,若桥面的圆弧半径为R,试画出受力分析图,分析汽车通过桥的最高点时对桥的压力.
mg
FN
a
由牛顿第三定律得,汽车通过桥的最高点时对桥的压力:
01
二、汽车过拱形桥和凹形桥
汽车过凹形桥
下面先讨论经过凹形桥的情景。
下面自己分析汽车通过凹形桥最低点时,汽车对桥的压力比汽车的重力大些还是小些
mg
FN
a
由牛顿第三定律得,汽车通过桥的最高点时对桥的压力
02
二、汽车过拱形桥和凹形桥
用模拟实验验证分析
二、汽车过拱形桥和凹形桥
汽车对桥面的压力 超重失重状态
最高点
最低点
小结:
失重
超重
有一辆质量为800千克的小汽车驶上圆弧半径为50米的拱桥。
(1)汽车到达桥顶的速度为5米/秒,汽车对桥的压力多大
(2)汽车以多大速度经过桥顶时恰好腾空,对桥没有压力?
(3)对于同样的车速,拱形圆弧的半径大些比较安全,还是小些比较安全?
(4)如果拱形桥的半径增大到与地球半径R一样,汽车要在桥面上腾空,速度要多大?
针对训练2
二、汽车过拱形桥和凹形桥
(1)7600N (2)22.4米/秒 (3)半径越大越安全 (4)8000米/秒
三、航天器中的失重现象
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?……
该“问题探究”中描述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.
问题1
三、航天器中的失重现象
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?
FN-mg =ma
<mg
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?
FN
mg
a
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 .
v2
r
FN =mg-m
v2
R
mg-FN=m
超重
失重
问题2
问题3
三、航天器中的失重现象
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?
上述观点是错误。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环绕地球做圆周运动。若没有引则不会绕地球做圆周运动。
当 时,座舱对航天员的支持力为多少?
航天员处于完全失重。
问题4
问题5
四、离心运动
从视频中我们可以看到,如果旋转桌子的速度较小,物品能随着桌子一起转动;如果速度变大,物体将会“飞出去”,这是什么原因呢?
观看视频
四、离心运动
将生活中的场景,抽象为物理模型
静摩擦力提供了向心力,如果最大静摩擦力等于滑动摩擦力
mg
FN
f
当v>v0,合力不足以提供物体做圆周运动的向心力,物体将远离圆心,而 “飞出去”。
00
四、离心运动
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
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.
条件:
0 ≤F合<mω2r
供<需
01
02
同学们:学了这部分知识,你们明白了上述视频物体飞出去的原因了吗?
四、离心运动
离心抛掷
离心脱水
离心分离
离心甩干
离心运动的应用
03
四、离心运动
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
离心运动的应用
03
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
离心运动的防止
04
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
离心运动的防止
四、离心运动
04
四、离心运动
有一辆质量为2000Kg的汽车在水平公路上行驶,轮胎与路面间的最大静摩擦力为14000N。汽车经过半径为50m的弯路时,如果车速达到72Km/h,这辆车会不会发生侧滑?
针对训练3
会发生侧滑
四、竖直面内圆周运动的临界问题
“水流星”是我国传统的杂技节目,演员将盛水的容器用绳子拴住,在空中如流星般快速舞动,同时表演高难度的动作。你知道水为什么洒出来吗?
观看视频
四、竖直面内圆周运动的临界问题
竖直平面内的圆周运动,一般情况下是变速圆周运动,物体能否通过最高点是有条件的。
轻绳(或内轨道)——小球组成无支撑的物理模型(称为“轻绳模型”)
绳约束
内轨道约束
注:“轻绳”只能对小球产生拉力,不能产生支持力。(内轨道约束类似)
01
四、竖直面内圆周运动的临界问题
绳约束
内轨道约束
假设质量为m的小球达到最高点时的速度为v,受到绳子的拉力为T,则根据牛顿第二定律,可以得出
当T=0时,小球再做高点的速度为最小,即:
解得:
四、竖直面内圆周运动的临界问题
轻绳(或内轨道)——小球组成无支撑的物理模型(称为“轻绳模型”)
(1)小球恰好能达到最高点的临界条件是:
小球在最高点时,绳子恰好对小球没有力的作用
(2)小球恰好能通过最高点的条件是 : , 当 绳子有拉力(轨道对球有压力)。
(3)当 ,小球还未达到最高点就离开轨道。
01
同学们:你们明白“水流星”的原理了吗?
四、竖直面内圆周运动的临界问题
轻杆(或管道)——小球组成有支撑的物理模型(称为“轻杆模型”)
杆约束
管道约束
注:“轻杆”既能对小球产生拉力,也能产生支持力。(管道约束类似)
02
四、竖直面内圆周运动的临界问题
球过最高点时,设轻杆对小球产生的弹力FN方向向上。
由牛顿第二定律得:

由此可知:弹力FN的大小和方向随着经最高点时速度v的大小的变化而变化。
四、竖直面内圆周运动的临界问题
轻杆(或管道)——小球组成有支撑的物理模型(称为“轻杆模型”)
(1)小球恰好能达到最高点的临界条件是: , 故而V0>0就可以通过最高点。
(2) 当 ,FN为支持力,方向竖直向上,且随着速度增大而减小。
(3)当 ,FN=0
(4) 当 ,FN为拉力,方向竖直向下,且随着速度增大而增大。
02
四、竖直面内圆周运动的临界问题
如图所示,一个小球沿竖直固定的光滑圆形轨道的内侧做圆周运动,圆形轨道的半径为R,小球可看作质点,则关于小球的运动情况,下列说法正确的是( )
A. 小球的线速度方向时刻在变化,但总在圆周切线方向上
B. 小球通过最高点的速度可以等于0
C. 小球线速度的大小可以小于
D. 小球线速度的大小总大于或等于
针对训练4
AD
R
四、竖直面内圆周运动的临界问题
BC
针对训练5
R
a
b
(多选)(2017·常州中学)如图所示,小球在竖直放置的光滑圆形管道内做圆周运动,内侧壁半径为R,小球半径为r,则下列说法中正确的是( )
A.小球通过最高点时的最小速度
B.小球通过最高点时的最小速度
C.小球在水平线ab以下的管道中运动时,内侧管壁对小球定无作用力
D.小球在水平线ab以上的管道中运动时,外侧管壁对小球一定有作用力
课堂小结
课后练习
1、铁路在弯道处的内外轨道高度是不同的,已知内外轨道平面与水平面的夹角为θ,如图5所示,弯道处的圆弧半径为R,若质量为m的火车转弯时速度等于 ,则(  )
A.内轨对内侧车轮轮缘有挤压
B.外轨对外侧车轮轮缘有挤压
C.这时铁轨对火车的支持力等于mg/cos θ
D.这时铁轨对火车的支持力大于mg/cos θ
C
课后练习
2、如图所示,汽车在炎热的夏天沿不平的曲面行驶,其中最容易发生爆胎的点是(假定汽车运动速率va=vc,vb=vd)(  )
A.a点 B.b点 C.c点 D.d点
D
课后练习
AC
课后练习
4、如图所示,在匀速转动的洗衣机脱水筒内壁上,有一件湿衣服随圆筒一起转动而未滑动,则(   )
A.衣服随脱水筒做圆周运动的向心力由衣服的重力提供
B.水会从脱水筒甩出是因为水滴受到的向心力很大
C.加快脱水筒转动角速度,衣服对筒壁的压力增大
D.加快脱水筒转动角速度,脱水效果会更好
CD
课后练习
5、某人为了测定一个凹形桥的半径,在乘汽车通过凹桥最低点时,他注意到车上的速度计示数为72km/h,悬挂1kg钩码的弹簧秤的示数为11.8N,则桥的半径为多大 (g取9.8m/s2)
200米
非常感谢您的观看