人教版高中物理必修二：5.7《生活中的圓周運(yùn)動(dòng)》課件(共29張PPT)

1、生活中的圓周運(yùn)動(dòng)生活中的圓周運(yùn)動(dòng) 知識(shí)回顧知識(shí)回顧 2、向心力的特點(diǎn)、向心力的特點(diǎn) 方向：方向：總是指向圓心總是指向圓心, 作用效果只改變速度作用效果只改變速度 的的 方向，由物體方向，由物體在半徑方向的合力在半徑方向的合力提供。提供。 大小大?。?r v mF n 2 1、物體做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，必須有力提供、物體做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，必須有力提供 向心力是按效果命名的力向心力是按效果命名的力 向心力向心力 提提供供物體做物體做 圓周運(yùn)動(dòng)的力圓周運(yùn)動(dòng)的力 物體做圓周運(yùn)動(dòng)物體做圓周運(yùn)動(dòng) 所所需需的力的力 物體作圓周運(yùn)動(dòng)的條件物體作圓周運(yùn)動(dòng)的條件 從從“供供” “需需”兩方面兩方面研究生活中做圓周運(yùn)動(dòng)的研究生

2、活中做圓周運(yùn)動(dòng)的 物體物體 ，由物體受力情況決定由物體受力情況決定 由物體的運(yùn)動(dòng)情況決定由物體的運(yùn)動(dòng)情況決定 F r v m 2 = “供需供需”平衡平衡 物體做圓周運(yùn)動(dòng)物體做圓周運(yùn)動(dòng) 本節(jié)課本節(jié)課 牛頓第二定律牛頓第二定律F=ma的應(yīng)用的應(yīng)用 生生 活活 中中 的的 圓圓 周周 運(yùn)運(yùn) 動(dòng)動(dòng) 圓周運(yùn)動(dòng)(Circular motion) 鐵路的彎道鐵路的彎道 火車車輪的構(gòu)造火車車輪的構(gòu)造 火車車輪有火車車輪有 突出的輪緣突出的輪緣 圓周問題圓周問題1 1：火車轉(zhuǎn)彎：火車轉(zhuǎn)彎 2021/3/10講解：XX5 對(duì)實(shí)際問題進(jìn)行抽象提煉并建立模型對(duì)實(shí)際問題進(jìn)行抽象提煉并建立模型 水平軌道模型水平軌道模型

3、 彎曲軌道模型彎曲軌道模型 火車模型火車模型 請(qǐng)思考請(qǐng)思考：列車的脫軌、翻車事故容易出現(xiàn)在什：列車的脫軌、翻車事故容易出現(xiàn)在什 么地方？么地方？ 鐵路的彎道處鐵路的彎道處 FN F G 1、鐵路的彎道、鐵路的彎道 生生 活活 中中 的的 圓圓 周周 運(yùn)運(yùn) 動(dòng)動(dòng) 圓周運(yùn)動(dòng)(Circular motion) (1)內(nèi)外軌道一樣高時(shí)轉(zhuǎn)彎 火車車輪受三個(gè)力：火車車輪受三個(gè)力： 重力、支持力、外重力、支持力、外 軌對(duì)輪緣的彈力軌對(duì)輪緣的彈力. 外軌對(duì)輪緣的彈力外軌對(duì)輪緣的彈力F 提供向心力提供向心力F=F向 向 由于該彈力是由于該彈力是 由輪緣和外軌由輪緣和外軌 的擠壓產(chǎn)生的的擠壓產(chǎn)生的, 且由于火車質(zhì)

4、且由于火車質(zhì) 量很大量很大,故輪緣故輪緣 和外軌間的相和外軌間的相 互作用力很大互作用力很大, 易損壞鐵軌易損壞鐵軌. r v mF 2 怎么辦怎么辦? ? 背景問題背景問題1 1、火車轉(zhuǎn)彎：、火車轉(zhuǎn)彎： 鐵路的彎道鐵路的彎道 生生 活活 中中 的的 圓圓 周周 運(yùn)運(yùn) 動(dòng)動(dòng) 圓周運(yùn)動(dòng)(Circular motion) (2) 外軌高內(nèi)軌低時(shí)轉(zhuǎn)彎 r v mmg 2 tan L ghr v r v mmg 2 sin r v m L h mg 2 G Fn N h L 此為火車此為火車 轉(zhuǎn)彎時(shí)的轉(zhuǎn)彎時(shí)的 設(shè)計(jì)速度設(shè)計(jì)速度 r 思考思考: (1)如果如果v行駛 行駛v設(shè)計(jì)設(shè)計(jì),情況如何 情況如何?

5、 (2)如果如果v行駛 行駛v設(shè)計(jì)設(shè)計(jì),情況如何 情況如何? 很小時(shí)很小時(shí),sin,sintantan 背景問題背景問題1 1、火車轉(zhuǎn)彎：、火車轉(zhuǎn)彎： F彈 彈 F彈 彈 L ghr v 0 背景問題背景問題1 1、火車轉(zhuǎn)彎：、火車轉(zhuǎn)彎： 鐵路鐵路彎道彎道處處超速超速是火車是火車 脫軌和翻車的主要原因脫軌和翻車的主要原因 生生 活活 中中 的的 圓圓 周周 運(yùn)運(yùn) 動(dòng)動(dòng) 圓周運(yùn)動(dòng)(Circular motion) 背景問題背景問題2 2：汽車過橋：汽車過橋 汽車過橋問題 G和和N的合力提供汽車做圓周運(yùn)動(dòng)的的合力提供汽車做圓周運(yùn)動(dòng)的 向心力，由牛頓第二定律得：向心力，由牛頓第二定律得： 2 v G

6、Nm r 2 v NGm r 可見汽車的速度越大對(duì)橋的壓力越小?？梢娖嚨乃俣仍酱髮?duì)橋的壓力越小。 vgr N G v 當(dāng)當(dāng) 時(shí)汽車對(duì)橋的壓力為零。（臨界速度）時(shí)汽車對(duì)橋的壓力為零。（臨界速度） 當(dāng)當(dāng)大于大于臨界 臨界時(shí)，汽車做什么運(yùn)動(dòng)？ 時(shí)，汽車做什么運(yùn)動(dòng)？ 汽車過橋問題 m 2 v NGm r 2 v NGmG r N G v G和和N的合力提供汽車做圓周運(yùn)動(dòng)的合力提供汽車做圓周運(yùn)動(dòng) 的向心力，由牛頓第二定律得：的向心力，由牛頓第二定律得： m 生生 活活 中中 的的 圓圓 周周 運(yùn)運(yùn) 動(dòng)動(dòng) 圓周運(yùn)動(dòng)(Circular motion) r v mFG N 2 FN=G r v mGFN 2

7、 汽車過橋問題小結(jié)汽車過橋問題小結(jié) eg1.一輛卡車在丘陵地勻速行駛一輛卡車在丘陵地勻速行駛,地形如圖所示地形如圖所示, 由于輪胎太舊由于輪胎太舊,途中爆胎途中爆胎,爆胎可能性最大的地段爆胎可能性最大的地段 應(yīng)是應(yīng)是( ) A. a處處 B. b處處 C. c處處 D. d處處 生生 活活 中中 的的 圓圓 周周 運(yùn)運(yùn) 動(dòng)動(dòng) 圓周運(yùn)動(dòng)(Circular motion) a b c d D 可能飛離路面的地段應(yīng)是？ 當(dāng)堂練習(xí)當(dāng)堂練習(xí) 2021/3/10講解：XX15 如圖如圖6 68787所示，汽車以一定的速度經(jīng)過一個(gè)圓所示，汽車以一定的速度經(jīng)過一個(gè)圓 弧形橋面的頂點(diǎn)時(shí)，關(guān)于汽車的受力及汽車對(duì)橋

8、面弧形橋面的頂點(diǎn)時(shí)，關(guān)于汽車的受力及汽車對(duì)橋面 的壓力情況，以下說法正確的是的壓力情況，以下說法正確的是 ( )( ) 練習(xí) A.A.在豎直方向汽車受到三個(gè)力：重力、在豎直方向汽車受到三個(gè)力：重力、 橋面的支持力和向心力橋面的支持力和向心力 B.B.在豎直方向汽車只受兩個(gè)力：重力在豎直方向汽車只受兩個(gè)力：重力 和橋面的支持力和橋面的支持力 C.C.汽車對(duì)橋面的壓力小于汽車的重力汽車對(duì)橋面的壓力小于汽車的重力 D D汽車對(duì)橋面的壓力大于汽車的重汽車對(duì)橋面的壓力大于汽車的重力力 思考與討論思考與討論 地球可以看做一地球可以看做一 個(gè)巨大的拱形橋，個(gè)巨大的拱形橋， 橋面的半徑就是地橋面的半徑就是地

9、球的半徑。會(huì)不會(huì)球的半徑。會(huì)不會(huì) 出現(xiàn)這樣的情況：出現(xiàn)這樣的情況： 速度大到一定程度速度大到一定程度 時(shí)，地面對(duì)車的支時(shí)，地面對(duì)車的支 持力是零？這時(shí)駕持力是零？這時(shí)駕 駛員與座椅之間的駛員與座椅之間的 壓力是多少？壓力是多少？ 思考與討論思考與討論 三：航天器中的失重現(xiàn)象三：航天器中的失重現(xiàn)象 假設(shè)宇宙飛船總質(zhì)量為假設(shè)宇宙飛船總質(zhì)量為M M，它在地球表面附，它在地球表面附 近繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，其軌道半徑近似等于近繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，其軌道半徑近似等于 地球半徑地球半徑r r，航天員質(zhì)量為，航天員質(zhì)量為m m，宇宙飛船和航天員，宇宙飛船和航天員 受到的地球引力近似等于他們?cè)诘孛嫔系闹亓κ?/p>

10、到的地球引力近似等于他們?cè)诘孛嫔系闹亓?mgmg試求座艙對(duì)宇航員的支持力為零時(shí)飛船的速試求座艙對(duì)宇航員的支持力為零時(shí)飛船的速 度多大度多大? ?通過求解，你可以判斷此時(shí)的宇航員處通過求解，你可以判斷此時(shí)的宇航員處 于什么狀態(tài)（超重或失重）。于什么狀態(tài)（超重或失重）。 對(duì)宇航員，重力提供向心力：對(duì)宇航員，重力提供向心力： mg= mvmg= mv2 2/r/r 由此可以得出由此可以得出vgr 宇航員處于完宇航員處于完 全失重狀態(tài)全失重狀態(tài) 此時(shí)人對(duì)座椅的壓此時(shí)人對(duì)座椅的壓 力為零力為零 做圓周運(yùn)動(dòng)的物體，由于本身的慣性，做圓周運(yùn)動(dòng)的物體，由于本身的慣性， 總有沿著圓周切線方向飛去的傾向總有沿著圓

11、周切線方向飛去的傾向. . 當(dāng)當(dāng)Fn= 0Fn= 0時(shí)，物體沿切線方向飛出時(shí)，物體沿切線方向飛出 問題一、剛才見到的事故都是在什么地方發(fā)生的？問題一、剛才見到的事故都是在什么地方發(fā)生的？ 問題二、你看到這些車子出事故時(shí)的側(cè)滑或翻滾問題二、你看到這些車子出事故時(shí)的側(cè)滑或翻滾方向方向 都有什么樣的共同特點(diǎn)？都有什么樣的共同特點(diǎn)？ 請(qǐng)思考請(qǐng)思考 背景問題背景問題4 離心運(yùn)動(dòng)離心運(yùn)動(dòng) F =0 2 Fmr F F 2 2 Fmr 繩栓著小球在水平面做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，小球所需的繩栓著小球在水平面做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，小球所需的 向心力由形變的繩產(chǎn)生的彈力提供。若向心力由形變的繩產(chǎn)生的彈力提供。若m、r、一定

12、，一定， 向心力向心力F向 向=m2r。 。 若突然松手，小球?qū)⒃鯓尤敉蝗凰墒?，小球?qū)⒃鯓?運(yùn)動(dòng)？運(yùn)動(dòng)？ 若繩的拉力若繩的拉力F小于它做圓周運(yùn)動(dòng)的所需的小于它做圓周運(yùn)動(dòng)的所需的 向心力，小球?qū)⒃鯓舆\(yùn)動(dòng)？向心力，小球?qū)⒃鯓舆\(yùn)動(dòng)？ 四四離心運(yùn)動(dòng)離心運(yùn)動(dòng) 1.1.離心運(yùn)動(dòng)：離心運(yùn)動(dòng)： 2021/3/10講解：XX22 離心運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用 2021/3/10講解：XX23 用離心機(jī)把用離心機(jī)把 體溫計(jì)的水體溫計(jì)的水 銀柱甩回玻銀柱甩回玻 璃泡內(nèi)璃泡內(nèi) 制作棉花糖的原理：制作棉花糖的原理： 內(nèi)筒與洗衣機(jī)的脫水筒相似，里內(nèi)筒與洗衣機(jī)的脫水筒相似，里 面加入白砂糖，加熱使糖熔化成面加入白砂糖，加熱使糖熔化成 糖

13、汁。內(nèi)筒高速旋轉(zhuǎn)，黏稠的糖糖汁。內(nèi)筒高速旋轉(zhuǎn)，黏稠的糖 汁就做離心運(yùn)動(dòng)，從內(nèi)筒壁的小汁就做離心運(yùn)動(dòng)，從內(nèi)筒壁的小 孔飛散出去，成為絲狀到達(dá)溫度孔飛散出去，成為絲狀到達(dá)溫度 較低的外筒，并迅速冷卻凝固，較低的外筒，并迅速冷卻凝固， 變得纖細(xì)雪白，像一團(tuán)團(tuán)棉花。變得纖細(xì)雪白，像一團(tuán)團(tuán)棉花。 2021/3/10講解：XX24 O F靜 靜 v O F v 2、防止：汽車轉(zhuǎn)彎，高速砂輪限速等、防止：汽車轉(zhuǎn)彎，高速砂輪限速等 4.4.離心運(yùn)動(dòng)的防止：離心運(yùn)動(dòng)的防止： 1）在水平公路上行駛的汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)在水平公路上行駛的汽車轉(zhuǎn)彎時(shí) F m r 2 F 汽車 在水平公路上行駛的汽車，轉(zhuǎn)彎在水平公路上行駛的汽車

14、，轉(zhuǎn)彎 時(shí)所需的向心力是由車輪與路面的時(shí)所需的向心力是由車輪與路面的 靜摩擦力提供的。如果轉(zhuǎn)彎時(shí)速度靜摩擦力提供的。如果轉(zhuǎn)彎時(shí)速度 過大，所需向心力過大，所需向心力F F大于最大靜摩大于最大靜摩 擦力擦力FmaxFmax，汽車將做離心運(yùn)動(dòng)而，汽車將做離心運(yùn)動(dòng)而 造成交通事故。因此，在公路彎道造成交通事故。因此，在公路彎道 處，車輛行駛不允許超過規(guī)定的速處，車輛行駛不允許超過規(guī)定的速 度。度。 向心、圓周、離心運(yùn)動(dòng) “供供”“”“需需”是否平衡決定物體做何種運(yùn)動(dòng)是否平衡決定物體做何種運(yùn)動(dòng) 供 提供物體做圓提供物體做圓 周運(yùn)動(dòng)的力周運(yùn)動(dòng)的力 需 物體做勻速圓周物體做勻速圓周 運(yùn)動(dòng)所需的力運(yùn)動(dòng)所需的

15、力 Fn= r v m 2 圓周運(yùn)動(dòng) Fn r v m 2 向心運(yùn)動(dòng) 小結(jié)小結(jié) 2021/3/10講解：XX27 二二.拱形橋拱形橋1. 汽車過拱形橋時(shí)汽車過拱形橋時(shí),對(duì)橋面的壓力與重力比較對(duì)橋面的壓力與重力比較 2.圓周運(yùn)動(dòng)中的超重、失重情況圓周運(yùn)動(dòng)中的超重、失重情況 三三.航天器中的失重現(xiàn)象航天器中的失重現(xiàn)象重力提供自身做圓周運(yùn)動(dòng)向心力重力提供自身做圓周運(yùn)動(dòng)向心力 四四.離心運(yùn)動(dòng)離心運(yùn)動(dòng) 1.離心現(xiàn)象的分析與討論離心現(xiàn)象的分析與討論 2.離心運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用和防止離心運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用和防止 課堂小結(jié)課堂小結(jié) tanvRg 臨界 火車轉(zhuǎn)彎規(guī)定火車轉(zhuǎn)彎規(guī)定: : v過大時(shí)過大時(shí):外側(cè)軌道與輪之間有彈力外側(cè)軌道與輪之間有彈力 v過小時(shí)過小時(shí):內(nèi)側(cè)軌道與輪之間有彈力內(nèi)側(cè)軌道與輪之間有彈力 一一.鐵路的彎道鐵路的彎道 1. 向心力的來源向心力的來源:A外軌高于內(nèi)軌時(shí)外軌高于內(nèi)軌時(shí),重力與支持力的合力重力與支持力的合力 是使火車轉(zhuǎn)彎的向心力是使火車轉(zhuǎn)彎的向心力B輪緣輪緣 2轉(zhuǎn)彎處的半徑和火車運(yùn)行速度的條件限制轉(zhuǎn)彎處的半徑和火車運(yùn)行速度的條件限制. 2021/3/10講解：XX28 處理圓周運(yùn)動(dòng)問題