高中物理必修2人教版5.7生活中的圆周运动课件（27张ppt）
文档属性
| 名称 | 高中物理必修2人教版5.7生活中的圆周运动课件（27张ppt） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 947.0KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2021-03-04 08:13:18 | ||
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文档简介
(共27张PPT)
5.7
生活中的圆周运动
问题讨论
1、什么叫向心力？方向如何？公式如何？
2、向心力的来源是什么？
3、向心加速度和切向加速度对速度的影响如何？
思考：
在平直轨道上匀速行驶的火车，火车受几个力作用？这几个力的关系如何？那火车转弯时情况会有何不同呢？
火车转弯时是在做圆周运动，那么是什么力提供向心力？
实例
一、铁路的弯道
车轮的构造
火车车轮有突出的轮缘
铁路的弯道
——内外轨道一样高
G
N
外轨对轮缘的弹力提供向心力
.
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？
F
G
FN
F合
α
【方案剖析】
火车转弯规定临界速度:
解析：
重力G与支持力FN的合力F合提供火车转弯的向心力
此时，车轮对内外轨都
无侧压力
最佳设计方案
火车以半径R=900m转弯,火车质量m=8×105kg,设计速度为v=30m/s,火车轨距l=1.4m,要使火车通过弯道时仅受重力与轨道的支持力,外轨道应该垫的高度h?(θ较小时tanθ=sinθ)
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：
=0.14m
【研究与讨论】
如果火车在转弯处的速度不等于临界速度，会发生怎样的情况？
火车行驶速率v>v临界
当火车行驶速率v>v临界时
当火车行驶速率vG
N
N′
火车行驶速率vG
N
N′
外轨对轮缘有侧压力
内轨对轮缘有侧压力
注意
1、火车转弯时向心力是水平的．
从这个例子我们进一步知道
：
2、向心力是按效果命名的力，如果认为做匀速圆周运动的物体除了受到其他力的作用，还要再受到一个向心力，那就不对了。
1、火车轨道在转弯处外轨高于内轨，其高度差由转弯半径与火车速度确定。若在某转弯处规定行驶的速度为v，则下列说法中正确的是（
）
A．当以v的速度通过此弯路时，火车重力与轨道面支持力的合力提供向心力
B．当以v的速度通过此弯路时，火车重力、轨道面支持力和外轨对轮缘弹力的合力提供向心力
C．当速度大于v时，轮缘挤压外轨
D．当速度小于v时，轮缘挤压外轨
AC
2.(多选)(2013·新课标全国卷Ⅱ)公路急转弯处通常是交通事故多发地带。如图,某公路急转弯处是一圆弧,当汽车行驶的速率为v0时,汽车恰好没有向公路内外两侧滑动的趋势。则在该弯道处( )
A.路面外侧高内侧低
B.车速只要低于v0,车辆便会向内侧滑动
C.车速虽然高于v0,但只要不超出某一最
高限度,车辆便不会向外侧滑动
D.当路面结冰时,与未结冰时相比,v0的值变小
AC
【解析】选A、C。当汽车行驶的速率为v0时,汽车恰好没有向
公路内外两侧滑动的趋势,即不受静摩擦力,此时由重力和支持
力的合力提供向心力,所以路面外侧高内侧低,选项A正确;当车
速低于v0时,需要的向心力小于重力和支持力的合力,汽车有向
内侧运动的趋势,但并不会向内侧滑动,静摩擦力向外侧,选项B
错误;当车速高于v0时,需要的向心力大于重力和支持力的合力,
汽车有向外侧运动的趋势,静摩擦力向内侧,速度越大,静摩擦
力越大,只有静摩擦力达到最大以后,车辆才会向外侧滑动,选
项C正确;由mgtanθ=
可知,v0的值只与斜面倾角和圆弧
轨道的半径有关,与路面的粗糙程度无关,选项D错误。
【物理与生活】
2008年4月18日，我国铁路进行了第六次大提速，时速将达200公里以上，这必将为我国经济腾飞注入新的活力。假设你是一位从事铁路设计的工程师，你认为火车提速有必要对铁路拐弯处进行改造吗？应如何改造？
公路上的拱形桥是常见的，汽车过桥时，也可以看做圆周运动。那么是什么力提供汽车的向心力呢？
思考：
实例
二、拱形桥
1、汽车过凸形桥
质量为m
的汽车以恒定的速率v通过半径为r的拱桥,如图所示,求汽车在桥顶时对路面的压力是多大?
解:汽车通过桥顶时,受力如图:
mg
FN
O
r
由牛顿第二定律:
由牛顿第三定律:
当汽车通过桥顶时的速度逐渐增大时FN
和
FN′会怎样变化?
Ff
F
失重
过水路面
你见过凹形桥吗?
泸定桥
2、汽车过凹形桥
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?
质量为m的汽车以恒定的速率v通过半径为r的凹形桥面,如图所示,求汽车在最低点时对桥面的压力是多大?
解:汽车通过底部时,受力如图:
G
FN
由牛顿第二定律:
当汽车通过桥最低点时的速度逐渐增大时
FN和FN′怎样变化?
由牛顿第三定律：
F
Ff
超重
比较三种桥面受力的情况
FN
=
G
G
FN
G
G
FN
FN
汽车对桥面的压力
超重失重状态
最高点
最低点
失重
超重
小结：
课堂练习
1、质量
m=100t的火车在轨道上行驶,火车内外轨连线与水平面夹角为370
，弯道半径R=30m。
(1)当火车的速度v1=10m/s时,轨道何处受侧压力?方向如何?
(2)当火车的速度v2=15m/s时,轨道何处受侧压力?方向如何?
(3)当火车的速度v3=20m/s时,轨道何处受侧压力?方向如何?
课堂练习
2、一辆质量
m=2.0t的小轿车，驶过半径R=100m的一段圆弧形桥面。
(1)若桥面为凹形，汽车以20m/s通过桥面最低点时，对桥面的压力是多大？
(2)若桥面为凸形，汽车以10m/s通过桥面最高点时，对桥面的压力是多大？
(3)汽车以多大速度凸形桥面顶点时，对桥面刚好没有压力？
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？……
思考与讨论
该“思考与讨论”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．
一、铁路的弯道
1．讨论向心力的来源：
2．外轨高于内轨时重力与支持力的合力提供火车转弯的向心力
3．讨论：你认为火车提速有必要对铁路拐弯处进行改造吗？应如何改造？
二、拱形桥
1.汽车过拱形桥最高点时，对桥面的压力小于重力（失重）
2.汽车过凹形桥最低点时，对桥面的压力大于重力（超重）
3.圆周运动中的超重、失重情况．
小结
通过本节课的学习我们知道：
5.7
生活中的圆周运动
问题讨论
1、什么叫向心力？方向如何？公式如何？
2、向心力的来源是什么？
3、向心加速度和切向加速度对速度的影响如何？
思考：
在平直轨道上匀速行驶的火车，火车受几个力作用？这几个力的关系如何？那火车转弯时情况会有何不同呢？
火车转弯时是在做圆周运动，那么是什么力提供向心力？
实例
一、铁路的弯道
车轮的构造
火车车轮有突出的轮缘
铁路的弯道
——内外轨道一样高
G
N
外轨对轮缘的弹力提供向心力
.
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？
F
G
FN
F合
α
【方案剖析】
火车转弯规定临界速度:
解析：
重力G与支持力FN的合力F合提供火车转弯的向心力
此时，车轮对内外轨都
无侧压力
最佳设计方案
火车以半径R=900m转弯,火车质量m=8×105kg,设计速度为v=30m/s,火车轨距l=1.4m,要使火车通过弯道时仅受重力与轨道的支持力,外轨道应该垫的高度h?(θ较小时tanθ=sinθ)
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：
=0.14m
【研究与讨论】
如果火车在转弯处的速度不等于临界速度，会发生怎样的情况？
火车行驶速率v>v临界
当火车行驶速率v>v临界时
当火车行驶速率v
N
N′
火车行驶速率v
N
N′
外轨对轮缘有侧压力
内轨对轮缘有侧压力
注意
1、火车转弯时向心力是水平的．
从这个例子我们进一步知道
：
2、向心力是按效果命名的力，如果认为做匀速圆周运动的物体除了受到其他力的作用，还要再受到一个向心力，那就不对了。
1、火车轨道在转弯处外轨高于内轨，其高度差由转弯半径与火车速度确定。若在某转弯处规定行驶的速度为v，则下列说法中正确的是（
）
A．当以v的速度通过此弯路时，火车重力与轨道面支持力的合力提供向心力
B．当以v的速度通过此弯路时，火车重力、轨道面支持力和外轨对轮缘弹力的合力提供向心力
C．当速度大于v时，轮缘挤压外轨
D．当速度小于v时，轮缘挤压外轨
AC
2.(多选)(2013·新课标全国卷Ⅱ)公路急转弯处通常是交通事故多发地带。如图,某公路急转弯处是一圆弧,当汽车行驶的速率为v0时,汽车恰好没有向公路内外两侧滑动的趋势。则在该弯道处( )
A.路面外侧高内侧低
B.车速只要低于v0,车辆便会向内侧滑动
C.车速虽然高于v0,但只要不超出某一最
高限度,车辆便不会向外侧滑动
D.当路面结冰时,与未结冰时相比,v0的值变小
AC
【解析】选A、C。当汽车行驶的速率为v0时,汽车恰好没有向
公路内外两侧滑动的趋势,即不受静摩擦力,此时由重力和支持
力的合力提供向心力,所以路面外侧高内侧低,选项A正确;当车
速低于v0时,需要的向心力小于重力和支持力的合力,汽车有向
内侧运动的趋势,但并不会向内侧滑动,静摩擦力向外侧,选项B
错误;当车速高于v0时,需要的向心力大于重力和支持力的合力,
汽车有向外侧运动的趋势,静摩擦力向内侧,速度越大,静摩擦
力越大,只有静摩擦力达到最大以后,车辆才会向外侧滑动,选
项C正确;由mgtanθ=
可知,v0的值只与斜面倾角和圆弧
轨道的半径有关,与路面的粗糙程度无关,选项D错误。
【物理与生活】
2008年4月18日，我国铁路进行了第六次大提速，时速将达200公里以上，这必将为我国经济腾飞注入新的活力。假设你是一位从事铁路设计的工程师，你认为火车提速有必要对铁路拐弯处进行改造吗？应如何改造？
公路上的拱形桥是常见的，汽车过桥时，也可以看做圆周运动。那么是什么力提供汽车的向心力呢？
思考：
实例
二、拱形桥
1、汽车过凸形桥
质量为m
的汽车以恒定的速率v通过半径为r的拱桥,如图所示,求汽车在桥顶时对路面的压力是多大?
解:汽车通过桥顶时,受力如图:
mg
FN
O
r
由牛顿第二定律:
由牛顿第三定律:
当汽车通过桥顶时的速度逐渐增大时FN
和
FN′会怎样变化?
Ff
F
失重
过水路面
你见过凹形桥吗?
泸定桥
2、汽车过凹形桥
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?
质量为m的汽车以恒定的速率v通过半径为r的凹形桥面,如图所示,求汽车在最低点时对桥面的压力是多大?
解:汽车通过底部时,受力如图:
G
FN
由牛顿第二定律:
当汽车通过桥最低点时的速度逐渐增大时
FN和FN′怎样变化?
由牛顿第三定律：
F
Ff
超重
比较三种桥面受力的情况
FN
=
G
G
FN
G
G
FN
FN
汽车对桥面的压力
超重失重状态
最高点
最低点
失重
超重
小结：
课堂练习
1、质量
m=100t的火车在轨道上行驶,火车内外轨连线与水平面夹角为370
，弯道半径R=30m。
(1)当火车的速度v1=10m/s时,轨道何处受侧压力?方向如何?
(2)当火车的速度v2=15m/s时,轨道何处受侧压力?方向如何?
(3)当火车的速度v3=20m/s时,轨道何处受侧压力?方向如何?
课堂练习
2、一辆质量
m=2.0t的小轿车，驶过半径R=100m的一段圆弧形桥面。
(1)若桥面为凹形，汽车以20m/s通过桥面最低点时，对桥面的压力是多大？
(2)若桥面为凸形，汽车以10m/s通过桥面最高点时，对桥面的压力是多大？
(3)汽车以多大速度凸形桥面顶点时，对桥面刚好没有压力？
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？……
思考与讨论
该“思考与讨论”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．
一、铁路的弯道
1．讨论向心力的来源：
2．外轨高于内轨时重力与支持力的合力提供火车转弯的向心力
3．讨论：你认为火车提速有必要对铁路拐弯处进行改造吗？应如何改造？
二、拱形桥
1.汽车过拱形桥最高点时，对桥面的压力小于重力（失重）
2.汽车过凹形桥最低点时，对桥面的压力大于重力（超重）
3.圆周运动中的超重、失重情况．
小结
通过本节课的学习我们知道：