6.4 生活中的圆周运动 课件—2020-2021学年【新教材】人教版（2019）高中物理必修第二册20 张PPT

生活中的圆周运动
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一、汽车过拱形桥

河北赵县赵州桥 颐和园玉带桥
问题：拱形桥是我国古代桥梁常采用的结构形式.这种设计有何优势？
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将拱形桥视作半径为R的一段圆弧，在拱形桥最高点，
1.支持力FN与mg相等吗？
如何求解二力关系?
2.如何求解车对桥的压力?
3.对比压力和车重，你有何发现？
mg
FN
v
4
mg
FN
mg-FN=m
v2
R
v
FN’=mg-m v2
R
根据牛顿第三定律，汽车对桥的压力
FN=mg-m
v2
R
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mg
FN
v2
R
FN-mg=m
FN=mg+m
v2
R
FN’=mg+m
v2
R
由牛顿第三定律，汽车对桥的压力为
v
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mg
FN
v
问题1：汽车速度不断增大，
桥受到的压力如何变化？
问题2：当汽车速度为何值时,压力为零？
此时驾驶员与座椅间的压力是多少?
FN’=mg-m
v2
R
如果汽车不在最高点，如何求解汽车对桥的压力？
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mgcosθ-FN=m
v2
R
FN=mgcosθ-m
v2
R
O
θ
mg
FN
v
为什么桥通常呈拱形？
汽车对拱形桥的压力小于自身重力，拱形桥不易损坏.
汽车过凹形桥时，桥对车的压力大于自身重力，汽车容易爆胎.
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二、铁路的弯道
铁路轨道是曲线(可视为很多段半径不同的小圆弧)，火车在每一小段可视为圆周运动
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问题1：若两路轨高度相同，火车转弯时，哪个力提供向心力？
问题2：这种设计对路轨有何影响？
问题3：如何改进延长轨道使用寿命？
F
思考：火车做圆周运动，轨迹在哪个平面?
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mg
FN
Fn
θ
θ
设该段弯曲铁路轨道对应的半径为R.
问题4：若mg与FN的合力刚好等于向心力，火车速度是多少?
问题5：若火车速度大于上述速度，
，铁轨对火车有作用力吗？
问题6：若火车速度小于上述速度，
，铁轨对火车有作用力吗？
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mg
FN
Fn
θ
三、航天器中的失重现象
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对飞船整体，有
√
v= gR
v2
R
Mg=M
对航天员，有
v2
R
mg-FN=m
FN=0
航天员处于完全失重状态
四、离心运动
图甲：微粒脱离砂轮后，不再做圆周运动
图乙：撤去绳的拉力，小球轨迹偏离圆周
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图甲
图乙
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图丙
图丁
图丙：增大角速度，物体离圆心越来越远
图丁：增大雨伞角速度，水滴脱离雨伞
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做匀速圆周运动的物体在合力突然消失或合力小于向心力时，物体做逐渐远离圆心的运动，叫离心运动。
F=0
FF=mω2r
离心运动的应用
洗衣机脱水原理：洗衣机转速很大，水分子和衣服之间的作用力小于向心力，水做离心运动，从筒壁周围的空隙流出
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电瓶车转弯
问题1：骑电瓶车转弯过路口时，你会采取什么措施？
问题2：转弯时的向心
力由什么力提供？
问题3：转弯速度很大，
会出现什么现象？
问题4：为何车速很大，电瓶车会倾倒？
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课堂小结
汽车过拱形桥
拱形桥受到的压力小于汽车重力
铁路的弯道
设计外轨高于内轨，重力和弹力的合力提供向心力，降低轨道受到的侧向挤压
航天器中的失重现象：完全失重
离心运动：合力消失或小于向心力，物体做离心运动
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作业
“练习与应用”第2题、第3题、第5题
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