6.4 生活中的圆周运动（基础达标）课件 30张PPT

第六章圆周运动
第4节生活中的圆周运动
目录
学法指导
必备知识
易错分析
课堂练习
学法指导
学法指导
1.通过观察模型了解火车车轮及轨道的形状特点，进而分析火车转弯时向心力的来源
2.分析汽车过拱、凹形桥时的受力，知道其临界速度与哪些因素有关
3.通过典型实例，理解竖直平面内绳、杆模型的不同临界条件
必备知识
知识点1.火车转弯
1.火车车轮的特点
火车的车轮有凸出的轮缘，火车在铁轨上运行时，车轮与铁轨有水平与竖直两个接触面，这种结构特点主要是避免火车运行时脱轨
知识点1.火车转弯
2.向心力来源分析
火车速度合适时，火车受重力和支持力作用，火车转弯所需的向心力完全由重力和支持力的合力提供，合力沿水平方向,大小
知识点1.火车转弯
3.规定速度分析
若火车转弯时只受重力和支持力作用 ,不受轨道压力，则 ，可得
(R为弯道半径,????为轨道所在平面与水平面的夹角,为转弯处的规定速度)
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知识点1.火车转弯
4.轨道压力分析
(1)当火车行驶速度v等于规定速度时，所需向心力仅由重力和支持力的合力提供，此时火车对内外轨道无挤压作用。
(2)当火车行驶速度v与规定速度不相等时，火车所需向心力不再仅由重力和支持力的合力提供，此时内外轨道对火车轮缘有挤压作用,具体情况如下:
①当火车行驶速度>时,外轨道对轮缘有侧压力;
②当火车行驶速度<时,内轨道对轮缘有侧压力
知识点2.拱形桥与凹形桥
1.汽车国拱形桥时，车对桥的压力小于其重力
汽车在桥上运动经过最高点时，汽车所受重力G及其支持力提供向心力。
G-????????=????????2????，所以????????=G-????????2????
汽车对桥的压力与桥对汽车的支持力是一对作用力与反作用力，故汽车对桥的压力小于其重力。
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知识点2.拱形桥与凹形桥
汽车对桥的压力与桥对汽车的支持力是一对作用力与反作用力，故汽车对桥的压力小于其重力。
汽车通过凸形路面顶端时,处于失重状态，汽车行驶的速度v越大,汽车对凸形路面的压力????????越小;当汽车的速度等于????????时，对凸形路面压力为零,处于完全失重状态，此时 ????????=????????是汽车保持在凸形路面顶端运动的最大速度(临界速度) ,若超过这个速度，这时汽车将“飞”过凸形路面。
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知识点2.拱形桥与凹形桥
2汽车过凹形桥时，车对桥的压力大于其重力
如图所示,汽车经过凹形桥最低点时，受竖直向下的重力和竖直向上的支持力,其合力充当向心力。则????????-G=????????2???? ,所以????????=G+????????2????，由牛顿第三定律知，车对桥的压力????????'=G+????????2????，大于车的重力。而且还可以看出,v越大，车对桥的压力越大。
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知识点3.航天器中的失重现象
地球可以看作一个巨大的拱形桥，桥面的半径就是地球半径R(约为6400 km)。地面上有一辆汽车在行驶，质量是m，地面对它的支持力是??????。
根据前面的分析,汽车速度越大，地面对它的支持力就越小，当速度大到一定速度时,地面对车的支持力为零，此速度应为????????。这时驾驶员与座椅之间的压力为零,他有飞起来的感觉,汽车在近地面绕地球做匀速圆周运动，此时汽车如同人造卫星。
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知识点3.航天器中的失重现象
飞机等航天器进人轨道后可近似认为绕地球做匀速圆周运动，此时重力提供了卫星做圆周运动的向心力。航天器中的人和物随航天器一起做圆周运动，其向心力也是由重力提供的，此时重力全部用来提供向心力，里面的人和物处于完全失重状态。
知识点4.离心运动
定义：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的情况下，所做的逐渐远离圆心的运动
本质：做圆周运动的物体，由于本身的惯性，总有沿着圆周切线方向飞出去的倾向，并非受到离心力作用
知识点4.离心运动
受力特点：
①当F=m????2????时，物体做匀速圆周运动(供需平衡)
②当F=0时，物体沿切线方向飞出(向心力消失)
③当F④当F>m????2????时,物体逐渐靠近圆心，做近心运动(供大于需)
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知识点4.离心运动
作用：离心运动可以给我们的生活、工作带来方便，如利用离心运动而设计的离心干燥器洗衣服的脱水筒等
防止：有时离心运动也会给人们带来危害，需要进行限速,如汽车转弯时若做离心运动则易造成交通事故;砂轮转动时发生部分砂块做离心运动会造成人身伤害

易错分析
易错1.一、混淆“绳”和“杆”两种模型而致错
1.不理解“绳”和“杆”两种模型而致错
2.主观认为“杆”模型中只能产生支持力而不会产生拉力。
易错2.二、临界条件推断失准而致错
1.随盘转动物体所受静摩擦力方向判断失准而致错。
2.多物体随盘转动现象中，未能准确挖掘隐含信息，推断出临界条件。
1.如图所示，质量为m的小球在竖直平面内的光滑圆环内侧做圆周运动.圆环半径为R，小球半径不计，小球经过圆环内侧最高点时刚好不脱离圆环，则其通过最高点时下列表述正确的是(　　)
A.小球对圆环的压力大小等于mg
B.重力mg充当小球做圆周运动所需的向心力
C.小球的线速度大小等于
D.小球的向心加速度大小等于g
因为小球经过圆环内侧最高点时刚好不脱离圆环，故在最高点时小球对圆环的压力为零，选项A错误；此时小球只受重力作用，即重力mg充当小球做圆周运动所需的向心力，则有mg＝m????2????＝ma，即v＝????????，a＝g，选项B、C、D正确.
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课堂练习
1．全国铁路大面积提速，给人们的生活带来便利.火车转弯可以看成是在水平面内做匀速圆周运动，火车速度提高会使外轨受损.为解决火车高速转弯时外轨受损这一难题，以下措施可行的是(　　)
A.适当减小内外轨的高度差
B.适当增加内外轨的高度差
C.适当减小弯道半径
D.适当增大弯道半径
设铁路弯道处轨道平面的倾角为α时，轮缘与内外轨间均无挤压作用，根据牛顿第二定律有mgtan α＝m????2????，解得v＝????????????????????????，所以为解决火车高速转弯时外轨受损这一难题，可行的措施是适当增大倾角α(即适当增加内外轨的高度差)和适当增大弯道半径r.
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2．航天飞机在围绕地球做匀速圆周运动过程中，关于航天员，下列说法中正确的是(　　)
A.航天员受到的重力消失了
B.航天员仍受重力作用，重力提供其做匀速圆周运动的向心力
C.航天员处于超重状态
D.航天员对座椅的压力为零
航天飞机在绕地球做匀速圆周运动时，依然受地球的吸引力，而且正是这个吸引力提供航天飞机绕地球做圆周运动的向心力，航天员的加速度与航天飞机的相同，是其重力提供向心力，选项A错误，B正确；此时航天员不受座椅弹力，即航天员对座椅的压力为零，处于完全失重状态，选项D正确，C错误.
3．下列四幅图中的行为可以在绕地球做匀速圆周运动的“天宫二号”舱内完成的有(　　)
A.用台秤称量重物的质量
B.用水杯喝水
C.用沉淀法将水与沙子分离
D.给小球一个很小的初速度，小球能在拉力作用下在竖直面内做圆周运动
重物处于完全失重状态，对台秤的压力为零，无法通过台秤测量重物的质量，故A错误；水杯中的水处于完全失重状态，不会因重力而流入嘴中，故B错误；沙子处于完全失重状态，不能通过沉淀法与水分离，故C错误；小球处于完全失重状态，给小球一个很小的初速度，小球能在拉力作用下在竖直面内做圆周运动，故D正确.
Thank You!