高中物理_必修2_5.7《生活中圓周運(yùn)動》(上課版)_新人教版

1、思考：思考： 在平直軌道上勻在平直軌道上勻速行駛的火車，速行駛的火車，火車受幾個力作火車受幾個力作用？這幾個力的用？這幾個力的關(guān)系如何？那火關(guān)系如何？那火車轉(zhuǎn)彎時情況會車轉(zhuǎn)彎時情況會有何不同呢？有何不同呢？ 火車轉(zhuǎn)彎時是在火車轉(zhuǎn)彎時是在做圓周運(yùn)動，那做圓周運(yùn)動，那么是什么力提供么是什么力提供向心力？向心力？實(shí)例實(shí)例車輪的構(gòu)造車輪的構(gòu)造火車車輪有突出的輪緣火車車輪有突出的輪緣車輪介紹車輪介紹F輪緣輪緣外軌外軌內(nèi)軌內(nèi)軌如果轉(zhuǎn)彎處內(nèi)外軌一樣高如果轉(zhuǎn)彎處內(nèi)外軌一樣高, ,外軌對輪外軌對輪緣產(chǎn)生擠壓，這個彈力就是火車轉(zhuǎn)彎緣產(chǎn)生擠壓，這個彈力就是火車轉(zhuǎn)彎的向心力。的向心力。但這樣可能會造成什么后果？但這樣

2、可能會造成什么后果？鐵軌和車輪容易損壞鐵軌和車輪容易損壞 鐵路的彎道鐵路的彎道內(nèi)外軌道一樣高內(nèi)外軌道一樣高2vFFmr向心力外軌對輪緣的彈力提供向心力外軌對輪緣的彈力提供向心力. 靠這種辦靠這種辦法得到的向法得到的向心力缺點(diǎn)是心力缺點(diǎn)是什么？如何什么？如何解決這一實(shí)解決這一實(shí)際問題？際問題？合作與探究合作與探究 請設(shè)計一個方案讓火車沿軌道安全通過彎道請設(shè)計一個方案讓火車沿軌道安全通過彎道設(shè)計方案思想簡述設(shè)計方案思想簡述 畫出草圖畫出草圖 簡單計算說明簡單計算說明 可行性分析可行性分析 【學(xué)生活動】設(shè)計火車彎道 學(xué)生分組討論，提出可行性方案【最佳方案最佳方案】外軌略高于內(nèi)軌外軌略高于內(nèi)軌GFNF

3、合合【方案剖析方案剖析】nFF合Rvmmg2tan火車轉(zhuǎn)彎規(guī)定火車轉(zhuǎn)彎規(guī)定臨界速度臨界速度: :tanvRg臨界解析：解析：重力重力G與支持力與支持力FN的合力的合力F合合是使火車轉(zhuǎn)彎的向心力是使火車轉(zhuǎn)彎的向心力GNFtantannFFGmg當(dāng)當(dāng) 很小時，很小時，2sintan,sinnnhlhFmglvFmRghRvLNhF 如圖，斜面軌道傾角如圖，斜面軌道傾角為為，轉(zhuǎn)彎半徑轉(zhuǎn)彎半徑R，要使，要使車輪對內(nèi)外軌都無壓力車輪對內(nèi)外軌都無壓力,質(zhì)量為質(zhì)量為m的火車運(yùn)行的速的火車運(yùn)行的速率應(yīng)該多大率應(yīng)該多大?火車拐彎應(yīng)以規(guī)定速度行駛火車拐彎應(yīng)以規(guī)定速度行駛FF合向0tanvgr G當(dāng)外軌略高于內(nèi)軌時

4、當(dāng)外軌略高于內(nèi)軌時hL 當(dāng)當(dāng)V=VV=V規(guī)規(guī)時時, ,內(nèi)、外軌對車內(nèi)、外軌對車輪都無側(cè)向壓力輪都無側(cè)向壓力當(dāng)當(dāng)V VV V規(guī)規(guī)時時, ,僅僅外軌外軌對車輪對車輪有側(cè)向壓力有側(cè)向壓力當(dāng)當(dāng)V VV V規(guī)規(guī)時時, ,僅僅內(nèi)軌內(nèi)軌對車輪對車輪有側(cè)向壓力有側(cè)向壓力設(shè)定一規(guī)定速度設(shè)定一規(guī)定速度v v轉(zhuǎn)彎時，轉(zhuǎn)彎時，若若h h大小適當(dāng)，向心力可大小適當(dāng)，向心力可完全由重力和支持力提供完全由重力和支持力提供火車行駛速率火車行駛速率vv規(guī)定規(guī)定當(dāng)火車行駛速率當(dāng)火車行駛速率vv規(guī)定規(guī)定時時 當(dāng)火車行駛速率當(dāng)火車行駛速率vv規(guī)定規(guī)定時時GNN火車行駛速率火車行駛速率v , F提提 合力不足以提供向心力合力不足以提供

5、向心力 外軌對輪緣有擠壓；外軌對輪緣有擠壓；2.當(dāng)當(dāng)v= , = F提提合力恰好等于向心力合力恰好等于向心力 內(nèi)外軌對輪緣都無擠壓內(nèi)外軌對輪緣都無擠壓3.當(dāng)當(dāng) v , F提提合力大于向心力，內(nèi)軌合力大于向心力，內(nèi)軌 對輪緣有擠壓對輪緣有擠壓ghRlghRlghRlnFnFnF注意1、火車轉(zhuǎn)彎時向心力是水平的、火車轉(zhuǎn)彎時向心力是水平的 從這個例子我們進(jìn)一步知道從這個例子我們進(jìn)一步知道 ：2、向心力是按效果命名的力，、向心力是按效果命名的力，如果認(rèn)為做勻速圓周運(yùn)動的物如果認(rèn)為做勻速圓周運(yùn)動的物體除了受到另外物體的作用，體除了受到另外物體的作用，還要再受到一個向心力，那就還要再受到一個向心力，那就不

6、對了。不對了。針對訓(xùn)練針對訓(xùn)練1 鐵路在彎道處的內(nèi)外軌道高低是不同的，已知內(nèi)外軌道對水平面傾角為（如圖），彎道處的圓弧半徑為R，若質(zhì)量為m的火車轉(zhuǎn)彎時速度小于， 則 ( ) A內(nèi)軌對內(nèi)側(cè)車輪輪緣有擠壓B外軌對外側(cè)車輪輪緣有擠壓C這時鐵軌對火車的支持力等于mg/cosD這時鐵軌對火車的支持力大于mg/costanRg【物理與生活】 20082008年年4 4月月1818日，我國鐵路進(jìn)行了第六次日，我國鐵路進(jìn)行了第六次大提速，時速將達(dá)大提速，時速將達(dá)200200公里以上，這必將為公里以上，這必將為我國經(jīng)濟(jì)騰飛注入新的活力。假設(shè)你是一位我國經(jīng)濟(jì)騰飛注入新的活力。假設(shè)你是一位從事鐵路設(shè)計的工程師，你認(rèn)

7、為火車提速有從事鐵路設(shè)計的工程師，你認(rèn)為火車提速有必要對鐵路拐彎處進(jìn)行改造嗎？應(yīng)如何改造？必要對鐵路拐彎處進(jìn)行改造嗎？應(yīng)如何改造？賽道的設(shè)計賽道的設(shè)計 公路上的拱公路上的拱形橋是常見的，形橋是常見的，汽車過橋時，汽車過橋時，也可以看做圓也可以看做圓周運(yùn)動。那么周運(yùn)動。那么是什么力提供是什么力提供汽車的向心力汽車的向心力呢？呢？思考：思考：實(shí)例二、汽車過橋二、汽車過橋123討論 質(zhì)量為m的汽車在拱形橋上以速度v行駛，若橋面的圓弧半徑為R，試畫出受力分析圖，分析汽車通過橋的最高點(diǎn)時對橋的壓力 VROGFN2.拱型橋拱型橋F向向=G FN=mRV2FN= G mRV2（ 1 ）汽車對橋的壓力）汽車對

8、橋的壓力FN = FN（）汽車的速度越大（）汽車的速度越大汽車對橋的壓力越小汽車對橋的壓力越小由上式和由上式和牛頓第三定律牛頓第三定律可知可知根據(jù)牛頓第二定律根據(jù)牛頓第二定律汽車開始做平拋運(yùn)動汽車開始做平拋運(yùn)動gR（）當(dāng)汽車的速度增大到（）當(dāng)汽車的速度增大到V= 時時,壓力為零。壓力為零。 汽車通過橋最高點(diǎn)時，汽車通過橋最高點(diǎn)時，車對橋的壓力車對橋的壓力以以“凸形橋凸形橋”為例分析：為例分析：1、分析汽車的受力情況、分析汽車的受力情況2、找圓心、找圓心3、確定、確定F合合即即F向心力向心力的方向。的方向。4、列方程、列方程N(yùn)GF合合= G-NFF合向心力2vGNmR2vNGmR2vNNGmR壓

9、力 思考：汽車在拱形橋頂端的速度不同，思考：汽車在拱形橋頂端的速度不同，橋?qū)嚨闹С至σ膊煌惺裁床煌貥驅(qū)嚨闹С至σ膊煌?，有什么不同?？拓展拓展 下面自己分析汽車通過凹形橋最低點(diǎn)時，汽車對橋的壓力比汽車的重力大些還是小些? 學(xué)生分析汽車通過最底點(diǎn)時車對橋?qū)W生分析汽車通過最底點(diǎn)時車對橋 (過過水路面水路面)的壓力的壓力 2vNGmrVRO3.凹形橋凹形橋F向向=F1 G =mRV2F1 =m+RV2由上式和由上式和牛頓第三定律牛頓第三定律可知可知（ 1 ）汽車對橋的壓力）汽車對橋的壓力F1 = F1（）汽車的速度越大（）汽車的速度越大汽車對橋的壓力越大汽車對橋的壓力越大根據(jù)牛頓第二定律根

10、據(jù)牛頓第二定律GF1汽車對橋面的壓力超重失重狀態(tài)最高點(diǎn)最低點(diǎn)2vN G mGr2vN G mGr 小結(jié)：小結(jié)：說一說 汽車不在拱形橋的最高點(diǎn)或最低點(diǎn)時，它的運(yùn)動該如何求解？為什么？課堂練習(xí)課堂練習(xí)1、質(zhì)量、質(zhì)量 m=100t的火車在軌道上行駛的火車在軌道上行駛,火車內(nèi)外軌連火車內(nèi)外軌連線與水平面夾角為線與水平面夾角為370 ，彎道半徑，彎道半徑R=30m。（南）（南）(1)當(dāng)火車的速度當(dāng)火車的速度v1=10m/s時時,軌道何處受側(cè)壓軌道何處受側(cè)壓力力?方向如何方向如何?（中）（中）(2)當(dāng)火車的速度當(dāng)火車的速度v2=15m/s時時,軌道何處受側(cè)壓軌道何處受側(cè)壓力力?方向如何方向如何?（北）（北

11、）(3)當(dāng)火車的速度當(dāng)火車的速度v3=20m/s時時,軌道何處受側(cè)壓軌道何處受側(cè)壓力力?方向如何方向如何?課堂練習(xí)課堂練習(xí)2、一輛質(zhì)量、一輛質(zhì)量 m=2.0t的小轎車，駛過半徑的小轎車，駛過半徑R=100m的的一段圓弧形橋面。一段圓弧形橋面。（南）（南）(1)若橋面為凹形，汽車以若橋面為凹形，汽車以20m/s通過橋面最低通過橋面最低點(diǎn)時，對橋面的壓力是多大？點(diǎn)時，對橋面的壓力是多大？（中）（中）(2)若橋面為凸形，汽車以若橋面為凸形，汽車以10m/s通過橋面最高通過橋面最高點(diǎn)時，對橋面的壓力是多大？點(diǎn)時，對橋面的壓力是多大？（北）（北）(3)汽車以多大速度凸形橋面頂點(diǎn)時，對橋面汽車以多大速度凸

12、形橋面頂點(diǎn)時，對橋面剛好沒有壓力？剛好沒有壓力？地球可以看做一個巨大的地球可以看做一個巨大的拱形橋，橋面的半徑就是地拱形橋，橋面的半徑就是地球的半徑。會不會出現(xiàn)這樣球的半徑。會不會出現(xiàn)這樣的情況：速度大到一定程度的情況：速度大到一定程度時，地面對車的支持力是零？時，地面對車的支持力是零？這時駕駛員與座椅之間的壓這時駕駛員與座椅之間的壓力是多少？力是多少？思考與討論思考與討論該“思考與討論”中描述的情景其實(shí)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，不過不是在汽車上，而是在航天飛機(jī)中 )(22RvgmRvGmF壓由由 可以可以解出解出,當(dāng)當(dāng) 時座艙對人的支時座艙對人的支持力持力F支支=0，人處于失重狀態(tài)，人處于失重狀態(tài) Rgv請

13、大家閱讀課本請大家閱讀課本28頁頁-思考與討論思考與討論 說出你的想法說出你的想法汽車速度增大汽車速度增大v思維拓展思維拓展分析 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，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)動近繞地球做勻速圓周運(yùn)動,速率為速率為V，其軌道半，其軌道半徑近似等于地球半徑徑近似等于地球半徑R，航天員質(zhì)量為，航天員質(zhì)量為m，宇宙，宇宙飛船和航天員受到的地球引力近似等于他們在飛船和航天員受到的地球引力近似等于他們在地面上的重力試求座艙對宇航員的支持地面上的重力試求座艙對宇航員的支持力通過求解你可以得出什么結(jié)論力通過求解你可以得出什么結(jié)論? 航天器中的人隨航天器一起做勻

14、速航天器中的人隨航天器一起做勻速圓周運(yùn)動，其向心力是由重力提供的，圓周運(yùn)動，其向心力是由重力提供的，此時此時重力完全用來提供向心力重力完全用來提供向心力，不對其不對其他物體產(chǎn)生壓力他物體產(chǎn)生壓力，即里面的人和物處于，即里面的人和物處于完全失重狀態(tài)。完全失重狀態(tài)。任何一個關(guān)閉了發(fā)動機(jī)，又不受阻力的任何一個關(guān)閉了發(fā)動機(jī)，又不受阻力的飛行器內(nèi)部，都是一個完全失重的環(huán)境飛行器內(nèi)部，都是一個完全失重的環(huán)境航天器中的失重現(xiàn)象：航天器中的失重現(xiàn)象：1 1、特點(diǎn)：物體對支承面或懸掛物的、特點(diǎn)：物體對支承面或懸掛物的作用力為作用力為0 0，處于完全失重狀態(tài)。，處于完全失重狀態(tài)。2 2、原因：中心天體（如地球）對

15、航、原因：中心天體（如地球）對航天器的引力全部提供向心力天器的引力全部提供向心力一宇宙飛船繞地球做勻速圓周運(yùn)動，距地面一二一宇宙飛船繞地球做勻速圓周運(yùn)動，距地面一二百千米時，它的軌道半徑近似等于地球半徑，航百千米時，它的軌道半徑近似等于地球半徑，航天員受到地球引力近似等于重力天員受到地球引力近似等于重力22()NNvm gFmRvFmgRvgR船艙對航天員的支持力為零，航天員船艙對航天員的支持力為零，航天員處于失重狀態(tài)。處于失重狀態(tài)。F=rvm2提提供供物體做圓周物體做圓周運(yùn)動的向心力運(yùn)動的向心力物體做圓周運(yùn)動物體做圓周運(yùn)動所所需需要要的向心力的向心力當(dāng)當(dāng) “供供”“”“需需”平衡平衡時，物體

16、做圓周時，物體做圓周運(yùn)動運(yùn)動想一想：當(dāng) “供”“需”不平衡時，物體將如何運(yùn)動呢？觀察觀察1 1、定義：、定義： 當(dāng)向心力突然消失或者指向圓心的合力不足當(dāng)向心力突然消失或者指向圓心的合力不足時，物體做逐漸遠(yuǎn)離圓心的運(yùn)動，叫做離心運(yùn)時，物體做逐漸遠(yuǎn)離圓心的運(yùn)動，叫做離心運(yùn)動。動。實(shí)例 做勻速圓周運(yùn)動的做勻速圓周運(yùn)動的物體，在所受合力突然物體，在所受合力突然消失，或者不足以提供消失，或者不足以提供圓周運(yùn)動所需的向心力圓周運(yùn)動所需的向心力的情況下，就做逐漸遠(yuǎn)的情況下，就做逐漸遠(yuǎn)離圓心的運(yùn)動。這種運(yùn)離圓心的運(yùn)動。這種運(yùn)動叫做離心運(yùn)動。動叫做離心運(yùn)動。4.離心運(yùn)動離心運(yùn)動1、離心運(yùn)動：、離心運(yùn)動：2、物體

17、作離心運(yùn)動的條件：、物體作離心運(yùn)動的條件：20mrFF合合或做圓周運(yùn)動的物體，由于本身的慣性，總有沿著圓做圓周運(yùn)動的物體，由于本身的慣性，總有沿著圓周切線方向飛去的傾向周切線方向飛去的傾向. .小結(jié)小結(jié)當(dāng)當(dāng)F=m2r時，物體做勻速圓周運(yùn)動時，物體做勻速圓周運(yùn)動當(dāng)當(dāng)F= 0時，物體沿切線方向飛出時，物體沿切線方向飛出當(dāng)當(dāng)Fm2r時，物體逐漸遠(yuǎn)離圓心時，物體逐漸遠(yuǎn)離圓心當(dāng)當(dāng)Fm2r時，物體逐漸靠近圓心時，物體逐漸靠近圓心1、離心運(yùn)動的防止：、離心運(yùn)動的防止：1 1、在水平公路上行駛的汽、在水平公路上行駛的汽車轉(zhuǎn)彎時車轉(zhuǎn)彎時F mr2F汽車 在水平公路上行駛的汽車，轉(zhuǎn)在水平公路上行駛的汽車，轉(zhuǎn)彎時所

18、需的向心力是由車輪與路彎時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)彎面的靜摩擦力提供的。如果轉(zhuǎn)彎時速度過大，所需向心力時速度過大，所需向心力F F大于大于最大靜摩擦力最大靜摩擦力F Fmaxmax，汽車將做離，汽車將做離心運(yùn)動而造成交通事故。因此，心運(yùn)動而造成交通事故。因此，在公路彎道處，車輛行駛不允許在公路彎道處，車輛行駛不允許超過規(guī)定的速度。超過規(guī)定的速度。Nmgf若車速為若車速為v 需要需要的向心力的向心力F向向=mv2/r 能夠能夠提供提供的向心力為的向心力為ff F向向,離心運(yùn)動離心運(yùn)動f =F向向,圓周運(yùn)動圓周運(yùn)動1、汽車在平直軌道上：、汽車在平直軌道上：2、離心運(yùn)動的應(yīng)

19、用與防止、離心運(yùn)動的應(yīng)用與防止離心運(yùn)動的應(yīng)用離心運(yùn)動的應(yīng)用離心運(yùn)動的應(yīng)用離心運(yùn)動的應(yīng)用1 1、離心干燥器的金屬網(wǎng)籠、離心干燥器的金屬網(wǎng)籠利用離心運(yùn)動把附著在物利用離心運(yùn)動把附著在物體上的水分甩掉的裝置體上的水分甩掉的裝置解釋：解釋：oFmr2F 當(dāng)網(wǎng)籠轉(zhuǎn)得比較當(dāng)網(wǎng)籠轉(zhuǎn)得比較慢時，水滴跟物體的附慢時，水滴跟物體的附著力著力F F足以提供所需的足以提供所需的向心力向心力F F使水滴做圓周使水滴做圓周運(yùn)動。當(dāng)網(wǎng)籠轉(zhuǎn)得比較運(yùn)動。當(dāng)網(wǎng)籠轉(zhuǎn)得比較快時，附著力快時，附著力F F不足以不足以提供所需的向心力提供所需的向心力F F，于是水滴做離心運(yùn)于是水滴做離心運(yùn)動，穿過網(wǎng)孔，飛動，穿過網(wǎng)孔，飛到網(wǎng)籠外面。到網(wǎng)

20、籠外面。 用離心機(jī)把用離心機(jī)把體溫計的水體溫計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，從內(nèi)筒壁的小汁就做離心運(yùn)動，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。OF靜靜vOFv1 1、以下屬于離心現(xiàn)象應(yīng)用的是：（、以下屬于離心現(xiàn)象應(yīng)用的是：（ ）A

21、A、水平拋出去的物體，做平拋運(yùn)動、水平拋出去的物體，做平拋運(yùn)動B B、鏈球運(yùn)動員加速旋轉(zhuǎn)到一定的速度后、鏈球運(yùn)動員加速旋轉(zhuǎn)到一定的速度后 將鏈球拋開將鏈球拋開C C、離心干燥器使衣物干燥、離心干燥器使衣物干燥D D、錘頭松了，將錘柄在石頭上磕幾下就、錘頭松了，將錘柄在石頭上磕幾下就 可以把柄安牢可以把柄安牢三、課堂練習(xí)三、課堂練習(xí)BC2 2、下列關(guān)于離心現(xiàn)象的說法中正確的是、下列關(guān)于離心現(xiàn)象的說法中正確的是( )( )A A、當(dāng)物體所受的合外力大于向心力時產(chǎn)生、當(dāng)物體所受的合外力大于向心力時產(chǎn)生 離心現(xiàn)象離心現(xiàn)象B B、做勻速圓周運(yùn)動的物體、做勻速圓周運(yùn)動的物體, ,當(dāng)它所受的一切力當(dāng)它所受的

22、一切力 都突然消失后，物體將做都突然消失后，物體將做遠(yuǎn)離圓心遠(yuǎn)離圓心的運(yùn)動的運(yùn)動C C、做勻速圓周運(yùn)動的物體、做勻速圓周運(yùn)動的物體, ,當(dāng)它所受的一切力當(dāng)它所受的一切力 都突然消失后，物體將沿都突然消失后，物體將沿切線切線做做直線直線運(yùn)動運(yùn)動D D、做勻速圓周運(yùn)動的物體、做勻速圓周運(yùn)動的物體, ,當(dāng)它所受的一切力當(dāng)它所受的一切力 都突然消失后，物體將做都突然消失后，物體將做曲線曲線運(yùn)動運(yùn)動C3 3、下列說法正確的是、下列說法正確的是( )( )A A、作勻速圓周運(yùn)動的物體，在所受合外力、作勻速圓周運(yùn)動的物體，在所受合外力 突然消失時，將沿圓周半徑方向離開圓心突然消失時，將沿圓周半徑方向離開圓心B B、作勻速圓周運(yùn)動的物體，在所受合外力、作勻速圓周運(yùn)動的物體，在所受合外力 突然消失時，將沿圓周切線方向離開圓心突然消失時，將沿圓周切線方向離開圓心C C、作勻速圓周運(yùn)動的物體，它自己會產(chǎn)生、作勻速圓周運(yùn)動的物體，它自己會產(chǎn)生 一個向心力，維持其作圓周運(yùn)動一個向心力，維持其作圓周運(yùn)動D D、作離心運(yùn)動的物體，是因?yàn)槭艿诫x心力、作離心運(yùn)動的物體，是因?yàn)槭艿诫x心力 作用的緣故作用的緣故B4 4、為了防止汽車在水平路面上轉(zhuǎn)彎時出現(xiàn)、為了防止汽車在水平路面上轉(zhuǎn)彎時出現(xiàn) “打滑打滑”的現(xiàn)象，可以：的現(xiàn)象，可以：( )( )A、增大汽車轉(zhuǎn)彎時的速度增大汽車轉(zhuǎn)彎時的