高中物理必修二精品人教版高中物理必修2第6章第4節(jié)圓周運動課件

1、生活中的圓周運動人教版高中物理 必修2新知導(dǎo)入賽車在經(jīng)過彎道時都會減速，如果不減速賽車就會出現(xiàn)側(cè)滑,從而引發(fā)事故，大家思考一下我們?nèi)绾尾拍苁官愜囋趶澋郎喜粶p速通過?摩托車賽中摩托車在經(jīng)過彎道時不減速，可以通過傾斜摩托車來通過彎道，你知道什么力提供向心力？向心力與傾斜度有關(guān)嗎？今天我們就通過實例來解決這類問題新知講解一、火車轉(zhuǎn)彎1、在平直軌道上勻速行駛的火車受幾個力作用?這幾個力的關(guān)系如何?火車受重力、支持力、牽引力及摩擦力且四個力合力為零，其中重力和支持力的合力為零，牽引力和摩擦力的合力為零。那火車轉(zhuǎn)彎時情況會有何不同呢?新知講解2、火車轉(zhuǎn)彎火車轉(zhuǎn)彎時實際是在做圓周運動，因而具有向心加速度。是

2、什么力使它產(chǎn)生向心加速度？新知講解輪緣與汽車輪胎不同的是， 火車的車輪上有突出的輪緣新知講解3、火車轉(zhuǎn)彎時向心力的來源火車在水平軌道上轉(zhuǎn)彎時，所需的向心力由誰提供？鐵路彎道的內(nèi)外軌一樣高，火車轉(zhuǎn)彎時，外側(cè)車輪的輪緣擠壓外軌，使外軌發(fā)生彈性形變，外軌對輪緣的彈力是火車轉(zhuǎn)彎所需向心力的主要來源。內(nèi)軌火車質(zhì)量太大，靠這種辦法得到向心力，將會使輪緣與外軌間的相互作用力過大，不僅鐵軌和車輪極易受損，還可能使火車側(cè)翻。外軌F新知講解FNmgF如果在彎道處使外軌略高于內(nèi)軌，就可解決這一問題。火車轉(zhuǎn)彎時鐵軌對火車的支持力 FN 的方向不再是豎直的，而是斜向彎道的內(nèi)側(cè)，它與重力 G 的合力指向圓心，為火車轉(zhuǎn)彎提

3、供了一部分向心力。這就減輕了輪緣與外軌間的擠壓。4、彎道處使外軌略高于內(nèi)軌注意：向心力是水平的新知講解思考討論：軌道對輪緣無擠壓，此時火車的速度為多大？FNmgF在修筑鐵路時，要根據(jù)彎道的半徑和規(guī)定的行駛速度，適當(dāng)選擇內(nèi)外軌的高度差，使轉(zhuǎn)彎時所需的向心力幾乎完全由重力 G 和支持力 FN 的合力來提供F合mg tan火車轉(zhuǎn)彎時所需的向心力v gR tan Fn = m v2R新知講解思考討論：若火車的速度大于或小于這個值時，軌道對輪緣有擠壓嗎？1、當(dāng) v gR tan2、當(dāng) v gR tan火車向外側(cè)運動做離心運動，輪緣受到外軌向內(nèi)的彈力。火車向內(nèi)側(cè)運動做向心運動，輪緣受到內(nèi)軌向外的彈力。新知

4、講解注意：向心力是按效果命名的力，任何一個力或幾個力的合力，只要它的作用效果是使物體產(chǎn)生向心加速度，它就是物體的向心力。并不是除了受到另外物體的作用，還要再受一個向心力。1、火車轉(zhuǎn)彎可近似看成是做勻速圓周運動，當(dāng)火車速度提高時會使軌道的外軌受損。為解決火車高速轉(zhuǎn)彎時不使外軌受損這一難題，你認(rèn)為以下措施可行的是（）A適當(dāng)增高內(nèi)軌 B適當(dāng)降低外軌 C減小彎道半徑 D增大彎道半徑 D針對練習(xí) 例題：火車以半徑R= 900 m轉(zhuǎn)彎，火車質(zhì)量為8105kg ，速度為30m/s，火車軌距l(xiāng)=1.4 m，要使火車通過彎道時僅受重力與軌道的支持力，軌道應(yīng)該墊的高度h？FNmgh典型例題解：（較小時tan=si

5、n）典型例題由力的關(guān)系得：由向心力公式得：由幾何關(guān)系得：=0.14mF=mv2/Rh/l=sinF/mg= tanFNmgFhh=lv2/Rg新知講解思考討論：高速公路轉(zhuǎn)彎處和場地自行車比賽的賽道，路面往往有一定的傾斜度，說說這樣設(shè)計的原因。汽車和自行車都在做圓周運動，都需要一個向心力,而向心力是車輪與地面的摩擦力提供的,由于摩擦力的大小是有限的，當(dāng)汽車與地面的摩擦力不足以提供向心力時汽車就會發(fā)生側(cè)滑，發(fā)生事故，如果高速公路轉(zhuǎn)彎處和場地自行車比賽的賽道路面有一定的傾斜度，這樣重力和支持力的合力可以提供一部分向心力，使行駛更安全。新知講解二、汽車過拱形橋1、汽車過拱形橋質(zhì)量為m的汽車在拱形橋上以

6、速度 v 前進(jìn)，設(shè)橋面的圓弧半徑為 r 我們來分析汽車通過橋的最高點時對橋的壓力。它們的合力就是使汽車做圓周運動的向心力 F，向心加速度的方向豎直向下。汽車通過拱形橋amgFNv新知講解F mg FN當(dāng)汽車通過橋的最高點時，根據(jù)牛頓第二定律 F ma，因為 F mv2/r 所以 mg FN mv2/rFN mg mv2/r由牛頓第三定律： FN mg mv2/r即：汽車對橋的壓力 FN與橋?qū)ζ嚨闹С至?FN 是一對作用力和反作用力，大小相等。新知講解所以壓力的大小為 FN mgmv2/r mg 即：汽車處于失重現(xiàn)象而且汽車的速度越大，汽車對橋的壓力越小。思考討論：當(dāng)恰好FN = 0時，汽車的

7、速度為多大？當(dāng)汽車以越來越大的速度通過拱形橋的最高點時，會發(fā)生什么現(xiàn)象？當(dāng)恰好FN = 0時，重力提供物體做圓周運動的向心力由 FN mgmv2/r mg 可知，速度越來越大， FN 越來越小，v2Rmgmv gR解得：即：新知講解所以壓力的大小為 FN mgmv2/r mg 即：汽車處于失重現(xiàn)象而且汽車的速度越大，汽車對橋的壓力越小。思考討論：當(dāng)恰好FN = 0時，汽車的速度為多大？當(dāng)汽車以越來越大的速度通過拱形橋的最高點時，會發(fā)生什么現(xiàn)象？當(dāng)恰好FN = 0時，重力提供物體做圓周運動的向心力由 FN mgmv2/r mg 此時汽車處于超重現(xiàn)象。新知講解思考討論地球可以看作一個巨大的拱形橋，

8、橋面的半徑就是地球的半徑 R（約為6 400 km）。地面上有一輛汽車在行駛，所受重力 Gmg，地面對它的支持力是 FN根據(jù)上面的分析，汽車速度越大，地面對它的支持力就越小。會不會出現(xiàn)這樣的情況：速度大到一定程度時，地面對車的支持力是 0 ？這時駕駛員與座椅之間的壓力是多少？駕駛員軀體各部分之間的壓力是多少？他這時可能有什么感覺？ 新知講解地球可以看作一個巨大的拱形橋解：若地面對車的支持力恰好為零，那么車的重力提供向心力，即mgmv2/r，所以v gr 6.41069.8 m/s7.9103 m/s7.9 km/s.這時駕駛員與座椅之間的壓力也為零，所有因重力引起的壓力都變?yōu)榱?，處于完全失重?/p>

9、態(tài)，駕駛員軀體各部分之間的壓力也為零，這時，他站著坐著躺著的感覺都是一樣的，處于完全失重狀態(tài)。新知講解1、航天器在發(fā)射升空（加速上升）航天器在發(fā)射升空（加速上升）時：FNmg maFN=ma+mg 航天員處在超重狀態(tài)。2、航天器繞地球做勻速圓周運動時當(dāng)飛船距地面高度為 100 200 km 時，它的軌道半徑近似等于地球半徑 R，航天員受到的地球引力近似等于他在地面受到的重力mg。三、航天器中的失重現(xiàn)象新知講解除了地球引力外，航天員還可能受到飛船座艙對他的支持力 FN。引力與支持力的合力為他提供了繞地球做勻速圓周運動所需的向心力 即：mg FN mv2/R FN m（gv2/R）由此可以解出，當(dāng)

10、v Rg 時座艙對航天員的支持力FN 0，航天員處于完全失重狀態(tài)。A2、離心運動做圓周運動的物體，在所受合外力突然消失或不足以提供圓周運動所需向心力時（ ），就做逐漸遠(yuǎn)離圓心的運動，這種運動就叫離心運動。新知講解四、離心運動和向心運動1、做圓周運動的物體，如果向心力突然消失，由于慣性，總有沿著切線方向飛出去的傾向。Fmr2Fmr2做圓周運動的物體，在所受合外力大于物體所需的向心力時（ F合 Fn ），就做逐漸靠近圓心的運動，這種運動就叫做向心(近心)運動。新知講解4、離心運動的應(yīng)用和防止（1）離心運動的應(yīng)用洗衣機(jī)脫水時利用離心運動把附著在物體上的水分 甩掉 ；紡織廠也用這樣的方法使棉紗、毛線、紡織品干燥。洗衣機(jī)脫水醫(yī)務(wù)人員用離心機(jī)分離血液新知講解借助離心機(jī)，醫(yī)務(wù)人員可以從血液中分離出血漿和紅細(xì)胞棉花糖的制作小朋友愛吃的 “棉花糖” 它的制作方法也應(yīng)用了離心運動的原理。無縫鋼管新知講解在煉鋼廠中，把熔化的鋼水澆入圓柱形模子，模子沿圓柱的中心軸線高速旋轉(zhuǎn)。鋼水由于離心運動趨于周壁，冷卻后就形成無縫鋼管。（2）離心運動的防止 汽車拐彎時限速在水平公路上行駛的汽車轉(zhuǎn)彎時靜摩擦力提供汽車轉(zhuǎn)彎時的向心力，如果轉(zhuǎn)彎時速度過大，F(xiàn)maxmv2/r，汽車將做離心運動而造成事故，因此，在公路彎道，車輛不允許超過規(guī)定的速度。新知講