【課件】生活中的圓周運(yùn)動+課件高一下學(xué)期物理人教版（2019）必修第二冊

4生活中的圓周運(yùn)動問題:在鐵路彎道處，內(nèi)外軌道的高度略有不同，這是為什么？思考：在平直軌道上勻速行駛的火車，火車受幾個力作用？這幾個力的關(guān)系如何？那火車轉(zhuǎn)彎時情況會有何不同呢？火車轉(zhuǎn)彎時是在做圓周運(yùn)動，那么是什么力提供向心力？一、火車轉(zhuǎn)彎車輪的構(gòu)造火車車輪有突出的輪緣鐵路的彎道——如果內(nèi)外軌道一樣高GN外軌對輪緣的彈力提供向心力.思考：靠這種辦法得到的向心力缺點(diǎn)是什么？如何解決這一實(shí)際問題？FGFNF合α火車轉(zhuǎn)彎規(guī)定臨界速度:解析：重力G與支持力FN的合力F合是使火車轉(zhuǎn)彎的向心力鐵路的彎道——如果外軌高于內(nèi)軌實(shí)際鐵軌思考：如果火車在轉(zhuǎn)彎處的速度不等于規(guī)定速度，會發(fā)生怎樣的情況？

1.當(dāng)v>,合力不足以提供向心力，外軌對輪緣有擠壓；2.當(dāng)v=,合力恰好等于向心力，內(nèi)外軌對輪緣都無擠壓；3.當(dāng)v<,合力大于向心力，內(nèi)軌對輪緣有擠壓。我國鐵路進(jìn)行了數(shù)次大提速，時速不斷提高。假設(shè)你是一位從事鐵路設(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？思考與討論：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。思考：質(zhì)量為m的汽車以恒定的速率v通過半徑為r的拱橋，求汽車在橋頂時對路面的壓力是多大？二、汽車過拱型橋vROGFN汽車對橋的壓力汽車的速度越大,汽車對橋的壓力越小由上式和牛頓第三定律可知根據(jù)牛頓第二定律v2Rmg＝mmgFNFN＝0

時，汽車的速度為多大？v＝gRv2RFN

＝mg－m思考：若汽車通過拱橋的速度增大，會出現(xiàn)什么情況？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).當(dāng)v<

時當(dāng)v>

時凹形橋GFNR例題、汽車以恒定的速率v通過半徑為R的凹型橋的最低點(diǎn)時，如圖所示，求汽車在最低點(diǎn)時對橋面的壓力是多大？解：汽車通過底部時，受力情況如圖：由牛頓第二定律：根據(jù)牛頓第三定律：FN’>G，即汽車對橋的壓力大于其所受重力，處于超重狀態(tài)汽車對橋面的壓力超重失重狀態(tài)最高點(diǎn)最低點(diǎn)失重超重小結(jié)：思考與討論：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。地面上有一輛汽車在行駛。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零？這時駕駛員與座椅之間的壓力是多少？……v2rFN

＝mg－m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.失重v＝gR當(dāng)

時，座艙對航天員的支持力FN＝0

，航天員處于完全失重.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.v2Rmg－FN＝m三、航天器中的失重現(xiàn)象四、離心運(yùn)動做勻速圓周運(yùn)動的物體，在所受合力突然消失，或者不足以提供圓周運(yùn)動所需的向心力的情況下，就做逐漸遠(yuǎn)離圓心的運(yùn)動。這種運(yùn)動叫做離心運(yùn)動。1、離心運(yùn)動：2、物體作離心運(yùn)動的條件：3.離心運(yùn)動的應(yīng)用（1）離心干燥器的金屬網(wǎng)籠利用離心運(yùn)動把附著在物體上的水分甩掉的裝置oF<mrω2F當(dāng)網(wǎng)籠轉(zhuǎn)得比較慢時，物體對水滴的附著力F足以提供所需的向心力，使水滴做圓周運(yùn)動。當(dāng)網(wǎng)籠轉(zhuǎn)得比較快時，附著力

F

不足以提供所需的向心力，于是水滴做離心運(yùn)動，穿過網(wǎng)孔，飛到網(wǎng)籠外面。

v（2）洗衣機(jī)的脫水筒（3）用離心機(jī)把體溫計的水銀柱甩回玻璃泡內(nèi)當(dāng)離心機(jī)轉(zhuǎn)得比較慢時，縮口的阻力F足以提供所需的向心力，縮口上方的水銀柱做圓周運(yùn)動。當(dāng)離心機(jī)轉(zhuǎn)得相當(dāng)快時，阻力F

不足以提供所需的向心力，水銀柱做離心運(yùn)動而進(jìn)入玻璃泡內(nèi)。（4）生產(chǎn)無縫鋼管（5）離心泵工作原理（6）制作棉花糖原理：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)筒壁的小孔飛散出去，并迅速冷卻凝固，變得纖細(xì)雪白，像一團(tuán)團(tuán)棉花。問題：要防止離心現(xiàn)象發(fā)生，該怎么辦？A、減小物體運(yùn)動的速度，使物體做圓周運(yùn)動時所需的向心力減小B、增大合外力，使其達(dá)到物體做圓周運(yùn)動時所需的向心力4.離心運(yùn)動的防止（1）在水平公路上行駛的汽車轉(zhuǎn)彎時υF<mυr2F汽車在水平公路上行駛的汽車，轉(zhuǎn)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)彎時速度過大，所需向心力F大于最大靜摩擦力Fmax，汽車將做離心運(yùn)動而造成交通事故。因此，在公路彎道處，車輛行駛不允許超過規(guī)定的速度。（2）高速轉(zhuǎn)動的砂輪、飛輪等從“供”“需”兩方面來進(jìn)行研究“供”——分析物體受力，求沿半徑方向的合外力“需”——確定物體軌道，定圓心、找半徑、用公式，求出所需向心力“供”“需”平衡做圓周運(yùn)動“供”“需”不平衡做離心運(yùn)動或向心運(yùn)動供需研究圓周運(yùn)動的要點(diǎn)課堂小結(jié)火車轉(zhuǎn)彎規(guī)定:v過大時:外側(cè)軌道與輪之間有彈力v過小時:內(nèi)側(cè)軌道與輪之間有彈力一.鐵路的彎道1.向心力的來源:外軌高于內(nèi)軌時,重力與支持力的合力是使火車轉(zhuǎn)彎的向心力2轉(zhuǎn)彎處的半徑和火車運(yùn)行速度的條件限制.二.拱形橋1