高中人教版物理必2课件：5.7 生活中的圆周运动课件（共34 张PPT）

生活中的圆周运动
火车车轮的结构特点：
一、铁路的弯道
火车转弯（内外轨道等高）
向左转
N
G
向左转
N
G
F
（1）
火车转弯处内外轨无高度差
外轨对轮缘的弹力F就是使火车转弯的向心力
根据牛顿第二定律F=m
可知
R
V2
火车质量很大
外轨对轮缘的弹力很大
外轨和外轮之间的磨损大，
铁轨容易受到损坏
（2
）转弯处外轨高于内轨
根据牛顿第二定律
F=mg
tan
α=
m
R
V2
V=
Rg
tanα
V
＞
Rg
tanα
V＜
Rg
tanα
外轨对外轮缘有弹力
内轨对内轮缘有弹力
α
N
G
F
α


2、当外轨略高于内轨时：
火车受力：
竖直向下的重力
G
G
垂直轨道面的支持力
N
N
F
火车的向心力：
由G和N的合力提供
当
时，车轮对内外轨都无压力。
在水平铁路转弯处，往往使外轨略高于内轨，这是为了(
)
A．减轻火车轮子挤压外轨
B．减轻火车轮子挤压内轨
C．使火车车身倾斜，利用重力
和支持力的合力提供转弯所需向心力
D．限制火车向外脱轨
ACD
思考:
在高速公路的拐弯处，路面造得外高内低是什么原因？
如图所示，汽车在倾斜的弯道上拐弯，弯道的倾角为θ，半径为r，则汽车完全不靠摩擦力转弯的速率是
?
（
（图）
设内外轨间的距离为L，内外轨的高度差为h，火车转弯的半径为R，则火车转弯的规定速度为v0
?
F合=mgtanα≈mgsinα=mgh/L
由牛顿第二定律得：
F合=man
所以mgh/L=m
即火车转弯的规定速度v0=
V
R
O
G
FN
二、拱型桥
F向=G
FN=m
R
V2
FN=
G
m
R
V2
（
1
）汽车对桥的压力FN?=
FN
（２）汽车的速度越大
汽车对桥的压力越小
由上式和牛顿第三定律可知
根据牛顿第二定律
汽车开始做平抛运动．
（３）当汽车的速度增大到V=
时,压力为零。

V
R
O
例2、质量为m的汽车以速度V通过半径为R的凹型桥。它经桥的最低点时对桥的压力为多大？比汽车的重量大还是小？速度越大压力越大还是越小？
解：
F向=F1
G
=m
R
V2
F1
=m　　+Ｇ
R
V2
由上式和牛顿第三定律可知
（
1
）汽车对桥的压力F1?=
F1
（２）汽车的速度越大
汽车对桥的压力越大
根据牛顿第二定律
G
F1
思考：汽车不在拱形桥的最高点或最低点时，它的运动能用上面的方法求解吗？
mgcosθ－FN=maN
所以FN=mgcosθ－maN
桥面支持力与夹角θ、车速v都有关。
（
变式练习：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
三航天器中的失重现象.
请大家阅读课本58面---思考与讨论
说出你的想法
由
可以解出,当
时座舱对人的支持力F支=0，人处于失重状态
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的情况下，就做逐渐远离圆心的运动。这种运动叫做离心运动。
一、离心运动
1、离心运动：
2、物体作离心运动的条件：
时，物体作离心运动；
时，物体靠近圆心运动。
v
R
时，物体作圆周运动；
二、离心运动
应用
1、离心干燥器的金属网笼
利用离心运动把附着在物体上的水分甩掉的装置
解释：
o
F2
F
ν
当网笼转得比较慢时，水滴跟物体的附着力F
足以提供所需的向心力F
使水滴做圆周运动。当网笼转得比较快时，附着力
F
不足以提供所需的向心力
F，于是水滴做离心运动，穿过网孔，飞到网笼外面。
2、洗衣机的脱水筒
3、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。
4、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。
要使原来作圆周运动的物体作离心运动，该怎么办？
？问题一：
A、提高转速，使所需向心力增大到大于物体所受合外力。
B、减小合外力或使其消失
三、离心运动的防止：
1、在水平公路上行驶的汽车转弯时
υ
F
<
m
υ
r
2
F
汽车
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F大于最大静摩擦力Fmax，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。
2、高速转动的砂轮、飞轮等
？问题二：
要防止离心现象发生，该怎么办？
A、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
B、增大合外力，使其达到物体作圆周运动时所需的向心力
C、作匀速圆周运动的物体，它自己会产生一个向心力，维持其作圆周运动
A、作匀速圆周运动的物体，在所受合外力突然消失时，将沿圆周半径方向离开圆心
B、作匀速圆周运动的物体，在所受合外力突然消失时，将沿圆周切线方向离开圆心
D、作离心运动的物体，是因为受到离心力作用的缘故
1、下列说法正确的是
(
)
巩固练习：
B
２、为了防止汽车在水平路面上转弯时出现“打滑”的现象，可以：(
)
a、增大汽车转弯时的速度　
b、减小汽车转弯时的速度
c、增大汽车与路面间的摩擦
d、减小汽车与路面间的摩擦
A、a、b
B、a、c
C、b、d
D、b、c
3、下列说法中错误的有：（
）
A、提高洗衣机脱水筒的转速，可以使衣服甩得更干
B、转动带有雨水的雨伞，水滴将沿圆周半径方向离开圆心
C、为了防止发生事故，高速转动的砂轮、飞轮等不能超过允许的最大转速
D、离心水泵利用了离心运动的原理
D
B
过山车
(1）凸形桥半径为R，汽车在顶端的最大速度是多少？
(2）长为R的轻绳一端系一小球在竖直平面内做圆周运动，它在最高点的最小速度是多少？
（3）如果上题改成长为R的轻杆一端系一小球在竖直平面内做圆周运动，它在最高点的最小速度是多少？当球在最高点速度为
时，求杆对球的作用力，当小球在最高点速度
时，求杆对球的作用力。
【巩固应用】
例、绳系着装水的桶，在竖直平面内做圆周运动，水的质量m=0.5kg，绳长=40cm.求：
（1）桶在最高点水不流出的最小速率？（2）水在最高点速率=3m/s时水对桶底的压力？(g取10m/s2)
A
B
例、质量为1kg的小球沿半径为20cm的圆环在竖直平面内做圆周运动，如图所示，求
（1）小球在圆环的最高点A不掉下来的最小速度是多少？此时小球的向心加速度是多少？
（2）若小球仍用以上的速度经过圆环的最高点A，当它运动到圆环的最低点B时，对圆环的压力是多少？此时小球的向心加速度是多少？
【巩固应用】
例、长为0.6m的轻杆OA(不计质量),A端插个质量为2.0kg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3m/s,
m/s,2m/s时,求杆对球的作用力各为多少?
O
A
【巩固应用】
例、如图所示，质量为m的小球，用长为L的细绳，悬于光滑斜面上的0点，小球在这个倾角为θ的光滑斜面上做圆周运动，若小球在最高点和最低点的速率分别是vl和v2，则绳在这两个位置时的张力大小分别是多大?
【巩固应用】