6.4生活中的圆周运动 课件— 2020-2021学年【新教材】人教版(2019)高中物理必修二40张PPT
文档属性
| 名称 | 6.4生活中的圆周运动 课件— 2020-2021学年【新教材】人教版(2019)高中物理必修二40张PPT |  | |
| 格式 | ppt | ||
| 文件大小 | 78.4MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2021-03-20 13:54:59 | ||
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文档简介
横县百合完全中学——韦衍虎
6.4生活中的圆周运动
（第一课时）
问题导入
在铁路弯道处，稍微留意一下，就能发现内、外轨道的高度略有不同，你能解释其中的原因吗？
常见的公路转弯
一、火车转弯
火车转弯时实际是在做圆周运动，因而具有向心加速度。是什么力使它产生向心加速度？
轮缘
①如果铁路弯道的内外轨一样高
内
外
外
内
G
O
F支
F弹
外侧车轮的轮缘挤压外轨，使外轨发生弹性形变，外轨对轮缘的弹力。
外轨对轮缘的弹力提供火车转弯的向心力：
火车质量太大，靠这种办法得到向心力，轮缘与外轨间的相互作用力太大，铁轨和车轮极易受损。
②如果在弯道使外轨略高于内轨
θ
F支
mg
O
F合
θ
mgtanθ
火车转弯时铁轨对火车的支持力F支的方向不再是竖直的，而是斜向弯道的内侧，它与重力mg的合力指向圆心，为火车转弯提供了一部分向心力。
F弹
F弹+
高速公路转弯处和场地自行车比赛的赛道，路面往往有一定的倾斜度说说这样设计的原因。
G
FN
F向
自行车转弯
G
FN
F向
生活中的例子
G
FN
F向
飞机转弯
所以同学们知道为什么把转弯路面设计成这样了吗？
为了让支持力与重力的合力来提供向心力
向心力是按效果命名的力，任何一个力或几个力的合力，只要它的作用效果是使物体产生向心加速度，它就是物体所受的向心力。
为什么桥不做成平的呢？
黄石长江大桥
赵州桥
泸定桥
过水凹形桥
甲
乙
车在桥上那个位置时容易塌？
如果车在乙位置，不会发生坍塌，那么在甲位置时，肯定也不会坍塌。所以只要我们知道乙位置的最大压力，那就可以知道整座桥的了。所以我们只研究乙位置的压力情况即可，即桥的最高点。
二、汽车过拱形桥
FN
G
1、汽车过平桥时，车对桥的压力怎样？
由二力平衡：FN=G
V
2、汽车过凸桥时，在最高点时，车对凸桥的压力又怎样？
G
FN
O
r
汽车过拱形桥时的运动也可以看作圆周运动
G
FN
指向圆心的力
背向圆心的力
=向心力
V
移项：
牛顿第三定律：
应用牛顿第二定律：F合=ma
由此可以看出，汽车对桥的压力 小于汽车的重量G， 而且汽车的速度越大，汽车对桥的压力越小。试分析，当汽车的速度不断增大时，会发生什么现象？
拱桥限速防脱轨！
时，桥面对车无压力
时，汽车已经脱离桥面，易发生危险
安全
3、汽车过凹桥时，在最低点时，车对凹桥的压力怎样？
G
FN
移项：
指向圆心的力
背向圆心的力
=向心力
牛顿第三定律：
当汽车的速度不断增大时，压力增加。当 压力过大时，汽车将压坏路面或爆胎。
凹桥限速防爆胎！
汽车通过凹形桥面的最低点时 ,车对地面的压力比汽车所受的重力大，这样车就不容易被水冲走了。
比较三种桥面受力的情况
失重
超重
平桥
FN
G
G
FN
凸形桥最高点
G
FN
a
凹形桥最低点
a
例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
压力最大的地方，则运用凹形桥模型：
课堂练习
例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 ( )
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
课堂练习
拱形桥原理：
G
FN
汽车不在拱形桥的最高点或最低点时，如图，它的运动能用上面的方法求解吗？为什么？
可以：同样也是把桥看成圆周运动的一部分。
例3：质量为25kg 的小孩坐在秋千板上，小孩离系绳子的横梁2.5m。如果秋千板摆到最低点时，小孩运动速度的大小是 5 m/s，她对秋千板的压力是多大?
解：
小孩到最低点时可按凹形桥模型处理，受力分析如图所示。
课堂练习
G
FN
指向圆心的力
背向圆心的力
=向心力
移项：
根据牛顿第三定律得知，小孩对秋千板的压力大小500N。
代入数据：
G
FN
课堂小结
一、火车转弯
①如果铁路弯道的内外轨一样高
外轨对轮缘的弹力提供火车转弯的向心力：
②如果在弯道使外轨略高于内轨
支持力F支与重力mg的合力指提供部分向心力：
mgtanθ
二、汽车过拱形桥
1、汽车过平桥时：
FN=mg
2、汽车过凸桥时：
F弹+
指向圆心的力-背向圆心的力=向心力
3、汽车过凹桥时：
横县百合完全中学——韦衍虎
6.4生活中的圆周运动
（第2课时）
如果把地球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少？……
问题导入
圆周的半径近似等于地球半径R。
利用拱形桥模型：受力分析如图
G=mg
FN
指向圆心的力-背向圆心的力=向心力
移项：
当速度到达 时，地面对汽车的支持力FN=0。
v=7.9km/s
完全失重状态
圆周的半径近似等于地球半径R。
利用拱形桥模型：受力分析如图
G=mg
FN
指向圆心的力-背向圆心的力=向心力
一、航天器中的失重现象
当力FN=0时,航天员处于完全失重状态
得:
此时人对座椅的压力为零
=7.9km/s
物体做圆周运动时指向圆心的合外力等于向心力。
如果此时指向圆心的合外力(F拉）突然消失，物体会怎么运动呢？
①一旦向心力突然消失（F=0），物体就沿着切线方向飞去。
②在合力不足以提供所需的向心力时，物体虽然不会沿切线飞去，也会逐渐远离圆心。
如果合力不足提供向心力的时候会怎么样呢？
二、离心运动
什么情况下做离心运动呢？
物体做圆周运动所需的力F需
提供物体做圆周运动的力F合
v
v
v
O
F向
F向
F向
重力、弹力、摩擦力等，合力或分力提供向心力。
物体运动情况决定
物体受力情况决定
受力分析
运动分析
O
F合 = mω2r
F合＜mω2r
F 合= 0
①当F合= F需
②当F合 = 0
③当F合 ＜F需
④当F合 ＞F需
时，近心运动
时，物体做匀速圆周运动
时，物体沿切线方向飞出远离圆心
时，物体做逐渐远离圆心的运动
物体作离心运动的条件：
0 ≤F合＜mω2r
v
纺织厂离心干燥
离心运动的应用
洗衣机离心脱水
FN
r
O
滚筒
FN
G
f
需要的向心力：
俯视图
提供的向心力：
FN
当
时，水滴就做离心运动。
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。
离心运动的应用
离心危害
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间的静摩擦力提供的。
O
F静
v
G
FN
当 时，汽车做离心运动
需要的向心力：
提供的向心力：
FN
O
F
v
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。
离心危害
O
课堂练习
例1：如果高速转动飞轮的重心不在转轴上，运行将不稳定，而且轴承会受到很大的作用力，加速磨损。图中飞轮半径r=20cm，00'为转动轴。正常工作时转动轴受到的水平作用力可以认为是0。假想在飞轮的边缘固定一个质量m=0.01 kg的螺丝钉P，当飞轮转速n=1000r/s时，转动轴00'受到多大的力？
解：
对钉受力分析如图所示。
O
G
FN
F拉
由F拉提供向心力：
F拉=mw2r
w=2πn
F拉=m4π2n2r
代入数据：
根据牛顿第三定律得知，轴受到的力F ＝7.89×104N 。
例2：质量为2.0×103kg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1.4×104N。汽车经过半经为50m的弯路时，如果车速达到72km/h，这辆车会不会发生侧滑?
课堂练习
解：
汽车速度：v=72km/h=20m/s
汽车转弯时做圆周运动，所需要的向心力为：
对小车受力分析如图所示，
由F静提供向心力。
而汽车所受的最大静摩擦力F静=1.4×104N
则，F向>Ff所提供的力不能满足汽车转弯时做圆周运动，所以会发生侧滑。
课堂小结
一、航天器中的失重现象
当力FN=0时, 航天员处于完全失重状态
二、离心运动
①一旦向心力突然消失（F=0），由于惯性物体就沿着切线方向飞去。
②在合力不足以提供所需的向心力时，物体虽然不会沿切线飞去，也会逐渐远离圆心。
1、做圆周运动的物体，在所受合外力突然消失或不足以提供圆周运动所需向心力时，就做逐渐远离圆心的运动，这种运动就叫离心运动。
2、物体作离心运动的条件：
提供物体做圆周运动的力：
物体做圆周运动所需的力：
由物体受力情况决定，如：重力和支持力的合力（F合）提供向心力。
由物体运动情况决定
F需
①当F合= F需
②当F合 = 0
③当F合 ＜F需
④当F合 ＞F需
时，物体做近心运动
时，物体做匀速圆周运动
时，物体沿切线方向飞出远离圆心
时，物体做逐渐远离圆心的运动
3、离心运动的应用与危害
①洗衣机离心脱水，纺织厂离心干燥，离心制钢管、水泥管、电线杆等。
②离心危害，汽车拐弯要低速，高速转动的砂轮、飞轮等，都不得超过允许的最大转速。
6.4生活中的圆周运动
（第一课时）
问题导入
在铁路弯道处，稍微留意一下，就能发现内、外轨道的高度略有不同，你能解释其中的原因吗？
常见的公路转弯
一、火车转弯
火车转弯时实际是在做圆周运动，因而具有向心加速度。是什么力使它产生向心加速度？
轮缘
①如果铁路弯道的内外轨一样高
内
外
外
内
G
O
F支
F弹
外侧车轮的轮缘挤压外轨，使外轨发生弹性形变，外轨对轮缘的弹力。
外轨对轮缘的弹力提供火车转弯的向心力：
火车质量太大，靠这种办法得到向心力，轮缘与外轨间的相互作用力太大，铁轨和车轮极易受损。
②如果在弯道使外轨略高于内轨
θ
F支
mg
O
F合
θ
mgtanθ
火车转弯时铁轨对火车的支持力F支的方向不再是竖直的，而是斜向弯道的内侧，它与重力mg的合力指向圆心，为火车转弯提供了一部分向心力。
F弹
F弹+
高速公路转弯处和场地自行车比赛的赛道，路面往往有一定的倾斜度说说这样设计的原因。
G
FN
F向
自行车转弯
G
FN
F向
生活中的例子
G
FN
F向
飞机转弯
所以同学们知道为什么把转弯路面设计成这样了吗？
为了让支持力与重力的合力来提供向心力
向心力是按效果命名的力，任何一个力或几个力的合力，只要它的作用效果是使物体产生向心加速度，它就是物体所受的向心力。
为什么桥不做成平的呢？
黄石长江大桥
赵州桥
泸定桥
过水凹形桥
甲
乙
车在桥上那个位置时容易塌？
如果车在乙位置，不会发生坍塌，那么在甲位置时，肯定也不会坍塌。所以只要我们知道乙位置的最大压力，那就可以知道整座桥的了。所以我们只研究乙位置的压力情况即可，即桥的最高点。
二、汽车过拱形桥
FN
G
1、汽车过平桥时，车对桥的压力怎样？
由二力平衡：FN=G
V
2、汽车过凸桥时，在最高点时，车对凸桥的压力又怎样？
G
FN
O
r
汽车过拱形桥时的运动也可以看作圆周运动
G
FN
指向圆心的力
背向圆心的力
=向心力
V
移项：
牛顿第三定律：
应用牛顿第二定律：F合=ma
由此可以看出，汽车对桥的压力 小于汽车的重量G， 而且汽车的速度越大，汽车对桥的压力越小。试分析，当汽车的速度不断增大时，会发生什么现象？
拱桥限速防脱轨！
时，桥面对车无压力
时，汽车已经脱离桥面，易发生危险
安全
3、汽车过凹桥时，在最低点时，车对凹桥的压力怎样？
G
FN
移项：
指向圆心的力
背向圆心的力
=向心力
牛顿第三定律：
当汽车的速度不断增大时，压力增加。当 压力过大时，汽车将压坏路面或爆胎。
凹桥限速防爆胎！
汽车通过凹形桥面的最低点时 ,车对地面的压力比汽车所受的重力大，这样车就不容易被水冲走了。
比较三种桥面受力的情况
失重
超重
平桥
FN
G
G
FN
凸形桥最高点
G
FN
a
凹形桥最低点
a
例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
压力最大的地方，则运用凹形桥模型：
课堂练习
例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 ( )
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
课堂练习
拱形桥原理：
G
FN
汽车不在拱形桥的最高点或最低点时，如图，它的运动能用上面的方法求解吗？为什么？
可以：同样也是把桥看成圆周运动的一部分。
例3：质量为25kg 的小孩坐在秋千板上，小孩离系绳子的横梁2.5m。如果秋千板摆到最低点时，小孩运动速度的大小是 5 m/s，她对秋千板的压力是多大?
解：
小孩到最低点时可按凹形桥模型处理，受力分析如图所示。
课堂练习
G
FN
指向圆心的力
背向圆心的力
=向心力
移项：
根据牛顿第三定律得知，小孩对秋千板的压力大小500N。
代入数据：
G
FN
课堂小结
一、火车转弯
①如果铁路弯道的内外轨一样高
外轨对轮缘的弹力提供火车转弯的向心力：
②如果在弯道使外轨略高于内轨
支持力F支与重力mg的合力指提供部分向心力：
mgtanθ
二、汽车过拱形桥
1、汽车过平桥时：
FN=mg
2、汽车过凸桥时：
F弹+
指向圆心的力-背向圆心的力=向心力
3、汽车过凹桥时：
横县百合完全中学——韦衍虎
6.4生活中的圆周运动
（第2课时）
如果把地球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少？……
问题导入
圆周的半径近似等于地球半径R。
利用拱形桥模型：受力分析如图
G=mg
FN
指向圆心的力-背向圆心的力=向心力
移项：
当速度到达 时，地面对汽车的支持力FN=0。
v=7.9km/s
完全失重状态
圆周的半径近似等于地球半径R。
利用拱形桥模型：受力分析如图
G=mg
FN
指向圆心的力-背向圆心的力=向心力
一、航天器中的失重现象
当力FN=0时,航天员处于完全失重状态
得:
此时人对座椅的压力为零
=7.9km/s
物体做圆周运动时指向圆心的合外力等于向心力。
如果此时指向圆心的合外力(F拉）突然消失，物体会怎么运动呢？
①一旦向心力突然消失（F=0），物体就沿着切线方向飞去。
②在合力不足以提供所需的向心力时，物体虽然不会沿切线飞去，也会逐渐远离圆心。
如果合力不足提供向心力的时候会怎么样呢？
二、离心运动
什么情况下做离心运动呢？
物体做圆周运动所需的力F需
提供物体做圆周运动的力F合
v
v
v
O
F向
F向
F向
重力、弹力、摩擦力等，合力或分力提供向心力。
物体运动情况决定
物体受力情况决定
受力分析
运动分析
O
F合 = mω2r
F合＜mω2r
F 合= 0
①当F合= F需
②当F合 = 0
③当F合 ＜F需
④当F合 ＞F需
时，近心运动
时，物体做匀速圆周运动
时，物体沿切线方向飞出远离圆心
时，物体做逐渐远离圆心的运动
物体作离心运动的条件：
0 ≤F合＜mω2r
v
纺织厂离心干燥
离心运动的应用
洗衣机离心脱水
FN
r
O
滚筒
FN
G
f
需要的向心力：
俯视图
提供的向心力：
FN
当
时，水滴就做离心运动。
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。
离心运动的应用
离心危害
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间的静摩擦力提供的。
O
F静
v
G
FN
当 时，汽车做离心运动
需要的向心力：
提供的向心力：
FN
O
F
v
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。
离心危害
O
课堂练习
例1：如果高速转动飞轮的重心不在转轴上，运行将不稳定，而且轴承会受到很大的作用力，加速磨损。图中飞轮半径r=20cm，00'为转动轴。正常工作时转动轴受到的水平作用力可以认为是0。假想在飞轮的边缘固定一个质量m=0.01 kg的螺丝钉P，当飞轮转速n=1000r/s时，转动轴00'受到多大的力？
解：
对钉受力分析如图所示。
O
G
FN
F拉
由F拉提供向心力：
F拉=mw2r
w=2πn
F拉=m4π2n2r
代入数据：
根据牛顿第三定律得知，轴受到的力F ＝7.89×104N 。
例2：质量为2.0×103kg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1.4×104N。汽车经过半经为50m的弯路时，如果车速达到72km/h，这辆车会不会发生侧滑?
课堂练习
解：
汽车速度：v=72km/h=20m/s
汽车转弯时做圆周运动，所需要的向心力为：
对小车受力分析如图所示，
由F静提供向心力。
而汽车所受的最大静摩擦力F静=1.4×104N
则，F向>Ff所提供的力不能满足汽车转弯时做圆周运动，所以会发生侧滑。
课堂小结
一、航天器中的失重现象
当力FN=0时, 航天员处于完全失重状态
二、离心运动
①一旦向心力突然消失（F=0），由于惯性物体就沿着切线方向飞去。
②在合力不足以提供所需的向心力时，物体虽然不会沿切线飞去，也会逐渐远离圆心。
1、做圆周运动的物体，在所受合外力突然消失或不足以提供圆周运动所需向心力时，就做逐渐远离圆心的运动，这种运动就叫离心运动。
2、物体作离心运动的条件：
提供物体做圆周运动的力：
物体做圆周运动所需的力：
由物体受力情况决定，如：重力和支持力的合力（F合）提供向心力。
由物体运动情况决定
F需
①当F合= F需
②当F合 = 0
③当F合 ＜F需
④当F合 ＞F需
时，物体做近心运动
时，物体做匀速圆周运动
时，物体沿切线方向飞出远离圆心
时，物体做逐渐远离圆心的运动
3、离心运动的应用与危害
①洗衣机离心脱水，纺织厂离心干燥，离心制钢管、水泥管、电线杆等。
②离心危害，汽车拐弯要低速，高速转动的砂轮、飞轮等，都不得超过允许的最大转速。