6.4生活中的圓周運(yùn)動（課件）高一物理講練課堂（人教版2019）

主講老師：陳慶威第六章：第4節(jié)生活中的圓周運(yùn)動目錄CONTENT火車轉(zhuǎn)彎拱形橋航天器中的超失重火車轉(zhuǎn)彎第一部分新課引入01.

問題與思考：在鐵路彎道處，內(nèi)、外軌道的高度一樣嗎？為什么這樣設(shè)計呢？我們先從火車的車輪說起。車輪的構(gòu)造02.內(nèi)外軌一樣高時轉(zhuǎn)彎03.FNFG外軌對輪緣的彈力F提供向心力F=F向火車質(zhì)量很大,故輪緣和外軌間的相互作用力很大,易損壞鐵軌.

怎么辦？θFNGF合θ轉(zhuǎn)彎所需的向心力的方向是在水平方向上，而不是在與斜面平行的方向上。O外軌高于內(nèi)軌時轉(zhuǎn)彎04.外軌略高于內(nèi)軌定量分析05.OGFNF合θθF合＝mgtanθ軌道對輪緣無擠壓，此時火車的速度為多大？火車轉(zhuǎn)彎時所需的向心力Fn=

m

v2Rv＝gRtanθ

若火車的速度大于或小于這個值時，軌道對輪緣有擠壓嗎？兩種情況的討論06.

當(dāng)v＞gRtanθ

：GFNθ輪緣受到外軌向內(nèi)的彈力GFNθFF

當(dāng)v＜gRtanθ

：輪緣受到內(nèi)軌向外的彈力例題1例題精選07.（多選）在修筑鐵路時，彎道處的外軌會略高于內(nèi)軌。如圖所示，當(dāng)火車以規(guī)定的行駛速度轉(zhuǎn)彎時，內(nèi)、外軌均不會受到輪緣的擠壓，設(shè)此時的速度大小為v，重力加速度為g，兩軌所在面的傾角為θ，則（）A．該彎道的半徑B．當(dāng)火車質(zhì)量改變時，規(guī)定的行駛速度大小不變C．當(dāng)火車速率大于v時，內(nèi)軌將受到輪緣的擠壓D．當(dāng)火車速率小于v時，外軌將受到輪緣的擠壓【參考答案】AB真實的火車轉(zhuǎn)彎08.飛機(jī)轉(zhuǎn)彎09.GFFn類似于火車轉(zhuǎn)彎汽車轉(zhuǎn)彎的情況是不是也類似于火車和飛機(jī)呢？問題與思考10.OmgFNFf汽車在水平地面上轉(zhuǎn)彎是什么力提供向心力的呢?汽車轉(zhuǎn)彎的向心力來源11.汽車在水平路面上轉(zhuǎn)彎所需要的向心力來源:汽車側(cè)向所受的靜摩擦力。OmgFNFf當(dāng)汽車轉(zhuǎn)彎的半徑一定時,汽車的速度v越大,所需的向心力也越大,靜摩擦力也越大,當(dāng)靜摩擦力為最大靜摩擦力時:學(xué)以致用12.由此可見:當(dāng)汽車轉(zhuǎn)彎時,存在一個安全通過的最大速度,如果超過了這個速度,汽車將發(fā)生側(cè)滑現(xiàn)象。改進(jìn)措施:1.增大轉(zhuǎn)彎半徑2.增加路面的粗糙程度3.最重要的一點(diǎn):司機(jī)應(yīng)該減速慢行4.增加路面高度差——外高內(nèi)低生活實例13.高速路和賽道轉(zhuǎn)彎處修成外高內(nèi)低。NFnmg為了保證汽車過橋時汽車和橋梁的安全，在橋梁的設(shè)計上有沒有要求？例題1例題精選14.如圖所示，在修筑鐵路時，彎道處的外軌會略高于內(nèi)軌。當(dāng)火車以規(guī)定的行駛速度轉(zhuǎn)彎時，內(nèi)、外軌均不會受到輪緣的擠壓，設(shè)此時火車的速度大小為v，重力加速度為g，兩軌所在平面的傾角為θ，則下列說法不正確的是A.該彎道的半徑r＝B.當(dāng)火車質(zhì)量改變時，規(guī)定的行駛速度大小不變C.當(dāng)火車速率大于v時，內(nèi)軌將受到輪緣的擠壓D.當(dāng)火車以規(guī)定的行駛速度轉(zhuǎn)彎時，向心加速度大小為an＝gtanθ【參考答案】C第二部分拱形橋三種可能形狀的橋01.拱形橋（凸形橋）凹形橋水平橋問題與探究102.問題1：汽車靜止在橋上與通過平橋時，受力怎樣？F壓＝FN＝mg問題2：汽車過拱形橋時，在最高點(diǎn)時，車對凸橋的壓力又怎樣？mgFNv2Rmg－FN＝mv2RFN

＝mg－mv2RF壓＝FN

＝mg－m汽車對橋的壓力小于其所受重力，即處于失重狀態(tài)F壓

＜mg問題與探究203.問題與探究304.v2Rmg＝m當(dāng)FN

=0

時，汽車脫離橋面，做平拋運(yùn)動，汽車及其中的物體處于完全失重狀態(tài)。FN＝0

時，汽車的速度為多大？v2RFN

＝mg－m問題3：汽車過拱形橋時，運(yùn)動速度變大，車對拱橋的壓力如何變化？mgFN臨界速度問題4：汽車過凹形橋在最低點(diǎn)時，車對凹形橋的壓力又怎樣？FNmgv2RFN

＝mg+

mv2RF壓＝FN

＝mg+

mv2RFN－mg＝m汽車對橋的壓力大于其所受重力，即處于超重狀態(tài)若汽車通過凹橋的速度增大，會出現(xiàn)什么情況？F壓

＞mg問題與探究405.比較三種橋的受力06.FN=GGFNGGFNFN向心加速度的大小07.

地球可以看做一個巨大的拱形橋，橋面的半徑就是地球的半徑.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零？這時駕駛員與座椅之間的壓力是多少？……例題2例題精選08.地球可以看作一個巨大的拱型橋，其半徑就是地球半徑R=

6400km，若汽車不斷加速，則地面對它的支持力就會變小，汽車速度多大時，支持力FN會變成零？此時司機(jī)處于完全失重狀態(tài)?！窘馕觥坑傻眠@里描述的情景其實已經(jīng)實現(xiàn)，不過不是在汽車上，而是在航天飛機(jī)中。第三部分航天器中的超失重問題問題與探究01.1.航天器在發(fā)射升空（加速上升）時，航天員處在超重還是失重狀態(tài)？2.航天器在軌道正常運(yùn)行（繞地球做勻速圓周運(yùn)動）時，航天員處在超重還是失重狀態(tài)？超重FNmgaFN－mg＝maFN＞mg分析與解讀02.【解析】航天器繞地球做勻速圓周運(yùn)動，假設(shè)它的線速度的大小為v，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測得的體重mg.v2RFN＝mg－mv2Rmg－FN＝mFN

＜mg失重當(dāng)

時，座艙對航天員的支持力FN＝0，航天員處于完全失重.思考與拓展03.有人把航天器失重的原因說成是它離地球太遠(yuǎn)，從而擺脫了地球引力，這種說法對嗎？正是由于地球引力的存在，才使航天器連同其中的人和物體繞地球做圓周運(yùn)動.如果地球的引力突然消失，航天器將做什么樣的運(yùn)動呢？例題3例題精選04.【參考答案】D在“天宮二號”中工作的航天員可以自由懸浮在空中，處于失重狀態(tài)，下列分析正確的是A.失重就是航天員不受力的作用B.失重的原因是航天器離地球太近，從而擺脫了地球引力的束縛C.失重是航天器獨(dú)有的現(xiàn)象，在地球上不可能存在失重現(xiàn)象D.正是由于引力的存在，才使航天員有可能做環(huán)繞地球的圓周運(yùn)動第四部分離心運(yùn)動離心運(yùn)動01.定義：做圓周運(yùn)動的物體，在其所受合外力突然消失，或不足以提供圓周運(yùn)動所需向心力的情況下，就做逐漸遠(yuǎn)離圓心的運(yùn)動，這種運(yùn)動叫作離心運(yùn)動。做離心運(yùn)動的條件：理解02.物體做離心運(yùn)動，并不是受到“離心力”作用，更不是“離心力”大于向心力，而是外界提供的向心力不足或突然消失。離心運(yùn)動不是沿著半徑背離圓心的運(yùn)動，而是沿著切線或曲線離心的運(yùn)動。生活中的離心運(yùn)動03.離心拋擲離心脫水離心澆注離心分離OF靜v當(dāng)時，汽車做離心運(yùn)動

Fmax＜m

v2r生活中的離心運(yùn)動04.規(guī)律總結(jié)05.當(dāng)F＝mω2r時，物體做勻速圓周運(yùn)動；當(dāng)F＝0時，物體沿切線方向飛出；當(dāng)F＜mω2r時，物體逐漸遠(yuǎn)離圓心；當(dāng)F＞mω2r時，物體逐漸靠近圓心。F>mrω2例題4例題精選06.【參考答案】C氣嘴燈安裝在自行車的氣嘴上，騎行速度在一定范圍內(nèi)會發(fā)光。一種氣嘴燈的感應(yīng)裝置結(jié)構(gòu)如圖所示，一重物套在光滑桿上，并與彈簧連接，重物上的觸點(diǎn)M與固定在B端的觸點(diǎn)N接觸后，LED燈就會發(fā)光。則下列說法正確的是（

）A．氣嘴燈運(yùn)動至最低點(diǎn)時處于失重狀態(tài)B．當(dāng)車速較小時，重物的重力大于彈簧的彈力，使得觸點(diǎn)MN接觸，LED燈發(fā)光C．當(dāng)車速較大時，重物受到的合力不足以提供所需向心力，重物做離心運(yùn)動，使得觸點(diǎn)MN接觸，LED燈發(fā)