【课件】生活中的圆周运动课件-2022-2023学年高一下学期物理人教版（2019）必修第二册.pptx

6.4 6.4 生活中的圆周运动生活中的圆周运动(一一)F F向向一一.铁路的弯道铁路的弯道火车车轮介绍火车车轮介绍F轮缘轮缘外轨外轨内轨内轨如果转弯处内外轨一样高如果转弯处内外轨一样高,外轨对轮外轨对轮缘产生挤压，这个弹力就是火车转弯缘产生挤压，这个弹力就是火车转弯的向心力。的向心力。但这样可能会造成什么后果？但这样可能会造成什么后果？铁轨和车轮容易损坏铁轨和车轮容易损坏应该如何解决这一实际问题？应该如何解决这一实际问题？当外轨略高于内轨时当外轨略高于内轨时F FN NmgmgF F合合合合 h外轨外轨外轨外轨L 当当V=VV=V规规时时,内、外轨对车内、外轨对车轮都无侧向压力轮都无侧向压力当当V VV V规规时时,仅仅外轨外轨对车轮对车轮有侧向压力有侧向压力当当V VV V规规时时,仅仅内轨内轨对车轮对车轮有侧向压力有侧向压力设定一规定速度设定一规定速度v v转弯时，转弯时，若若hh大小适当，向心力可大小适当，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实际速度远远大于实际速度远远大于V规呢规呢?赛道的设计赛道的设计二、拱形桥二、拱形桥设车质量为设车质量为m m，过最高点的速度为，过最高点的速度为v v，且设，且设凸形路面对应的圆弧半径为凸形路面对应的圆弧半径为R R，则车在最高，则车在最高点时对地面的压力多大？点时对地面的压力多大？vROvROmgFN可见，汽车对桥的压力可见，汽车对桥的压力F FN N小于汽车的重力小于汽车的重力mgmg，并且压力随汽车速度的增大而减少。，并且压力随汽车速度的增大而减少。失重现象失重现象根据牛顿第三定律，根据牛顿第三定律，车对地面的压力：车对地面的压力：F FN N=F=FN N=mg -mv=mg -mv2 2/r/rORv汽车过最低点时对地面的压力多大？汽车过最低点时对地面的压力多大？mgFNF FN N-mg=mv-mg=mv2 2/R/R得：得：F FN N=mg+mv=mg+mv2 2/R/Rmgmg根据牛顿第三定律，车根据牛顿第三定律，车对地面的压力：对地面的压力：F FN N=F=FN N=mg+mv=mg+mv2 2/r/r超重现象超重现象汽车若安全过此路面，你认为应该采取汽车若安全过此路面，你认为应该采取什么措施？什么措施？减速行驶减速行驶一辆卡车在丘陵地区行驶（假设卡车的速一辆卡车在丘陵地区行驶（假设卡车的速率恒定），地形如下图所示，由于轮胎太率恒定），地形如下图所示，由于轮胎太旧，途中爆胎，爆胎可能性最大的地段应旧，途中爆胎，爆胎可能性最大的地段应是（）是（）Aa处处 Bb处处 Cc处处 Dd处处acbd1.如图所示，将完全相同的两小球如图所示，将完全相同的两小球A、B用用长长L=0.8m的细绳，悬于以的细绳，悬于以v=4m/s向右匀速向右匀速运动的小车顶部，两球的小车前后壁接触。运动的小车顶部，两球的小车前后壁接触。由于某种原因，小车突然停止，此时悬线中由于某种原因，小车突然停止，此时悬线中张力之比张力之比TB:TA为（为（g=10m/s2）()A1:1 B1:2C1:3 D1:42.2.质量为质量为g g 的小孩坐在秋千板的小孩坐在秋千板上，绳长上，绳长m m，如果秋千摆到最，如果秋千摆到最低点时，小孩的速度为低点时，小孩的速度为m/sm/s，则小孩对秋千板的压力是多大？则小孩对秋千板的压力是多大？3.在水平圆盘上分别放甲、乙、丙三个质量在水平圆盘上分别放甲、乙、丙三个质量m的物体，其的物体，其轨道半径分别为轨道半径分别为r、2r、3r如图所示，三个物体的最大静如图所示，三个物体的最大静擦力皆为所受重力的擦力皆为所受重力的k倍，当圆盘角速度由小缓慢增加，倍，当圆盘角速度由小缓慢增加，相对圆盘首先滑动的是：（相对圆盘首先滑动的是：（）A、甲物体、甲物体 B、乙物体、乙物体C、丙物体、丙物体 D、三个物体同时滑动、三个物体同时滑动 2.如果甲、乙、丙质量分别如果甲、乙、丙质量分别为为m、2m、3m呢？呢？小结小结一一.铁路的弯道铁路的弯道当外轨略高于内轨时当外轨略高于内轨时当当V=VV=V规规时时,内、外轨对车轮都无侧向内、外轨对车轮都无侧向压力压力当当V VV V规规时时,仅仅外轨外轨对车轮对车轮有侧向压力有侧向压力当当V VV V规规时时,仅仅内轨内轨对车轮对车轮有侧向压力有侧向压力二、拱形桥二、拱形桥vROmgFN失重现象失重现象ORvmgFNF FN N-mg=mv-mg=mv2 2/R/R超重现象超重现象作业本：作业本：复习复习拱形桥拱形桥vROmgFN失重现象失重现象ORvmgFNF FN N-mg=mv-mg=mv2 2/R/R超重现象超重现象思考：地球可以看做一个巨大的拱行桥，桥面的半径是地球半径地球可以看做一个巨大的拱行桥，桥面的半径是地球半径（约为（约为6400km）。地面上有一辆车，假设可以不断加）。地面上有一辆车，假设可以不断加速，会不会出现这样的情况：速度大到一定程度时，地面速，会不会出现这样的情况：速度大到一定程度时，地面对车的支持力是对车的支持力是0？那此时车里的驾驶员受到的支持力为多少？那此时车里的驾驶员受到的支持力为多少？三、航天器中的失重现象mgFN对宇航员：对宇航员：FN=0，宇航员处于，宇航员处于完全失重完全失重状态状态r 三、离心运动三、离心运动2、离心运动方向、离心运动方向：1、物体做离心运动的条件：、物体做离心运动的条件：沿切线方向。沿切线方向。远离圆心。远离圆心。F“供需供需”平衡平衡 物体做匀速圆周运物体做匀速圆周运动动提提供供物体做匀速物体做匀速圆周运动的力圆周运动的力物体做匀速圆周物体做匀速圆周运动所运动所需需的力的力向心力公式的理解=从从“供供”“需需”两方面两方面研究做圆周运动的研究做圆周运动的物体物体三、离心运动 应用1、脱水桶利用离心运动把附着在衣服上的水分甩掉的装置解释：当脱水桶转得比较慢时，水滴跟衣服的附当脱水桶转得比较慢时，水滴跟衣服的附着力着力F F足以提供所需的向心力，使水滴做足以提供所需的向心力，使水滴做圆周运动。当桶转得比较快时，附着力圆周运动。当桶转得比较快时，附着力 F F 不足以提供所需的向心力，于是水滴做离不足以提供所需的向心力，于是水滴做离心运动，穿过桶孔，飞到外面。心运动，穿过桶孔，飞到外面。2、用离心机把体温计的水银柱甩回玻璃泡内、用离心机把体温计的水银柱甩回玻璃泡内 当离心机转得比较当离心机转得比较慢时，缩口的阻力慢时，缩口的阻力 F F 足以足以提供所需的向心力，缩口上提供所需的向心力，缩口上方的水银柱做圆周运动。当方的水银柱做圆周运动。当离心机转得相当快时，阻力离心机转得相当快时，阻力 F F 不足以提供所需的向心力，不足以提供所需的向心力，水银柱做离心运动而进入玻水银柱做离心运动而进入玻璃泡内。璃泡内。3、制作、制作“棉花棉花”糖的原理：糖的原理：内筒与洗衣机的脱水筒相内筒与洗衣机的脱水筒相似，里面加入白砂糖，加热使糖熔化似，里面加入白砂糖，加热使糖熔化成糖汁。内筒高速旋转，黏稠的糖汁成糖汁。内筒高速旋转，黏稠的糖汁就做离心运动，从内筒壁的小孔飞散就做离心运动，从内筒壁的小孔飞散出去，成为丝状到达温度较低的外筒，出去，成为丝状到达温度较低的外筒，并迅速冷却凝固，变得纤细雪白，像并迅速冷却凝固，变得纤细雪白，像一团团棉花。一团团棉花。4、离心分离器的原理：、离心分离器的原理：可以将固体和液体分离开来。可以将固体和液体分离开来。质量大的固体需要的向心力比质量大的固体需要的向心力比液体大，液体大，“远离圆心的程度远离圆心的程度”比液体明显。比液体明显。三、离心运动 的危害汽汽车车转转弯弯为为什什么么会会翻翻车车？竖直平面内的圆周运动竖直平面内的圆周运动研究与讨论2 2、有无可能做这样的运、有无可能做这样的运动？若可能应满足怎样的动？若可能应满足怎样的条件？条件？G GF FN N问题问题1：绳球模型：绳球模型 用长为用长为L的细绳拴着质量为的细绳拴着质量为m的小球，使小球的小球，使小球在竖直平面内做圆周运动，如图所示。在竖直平面内做圆周运动，如图所示。oALv1Bv2试分析：试分析：（1）当小球在最低点）当小球在最低点A的速的速度为度为v1时，其绳的张力为多时，其绳的张力为多大？大？（2）当小球在最高点）当小球在最高点B的的速度为速度为v2 时，其绳的张力时，其绳的张力与速度的关系怎样？与速度的关系怎样？v1omgF2mgF1思考：思考：过最高点的最小速度是多大过最高点的最小速度是多大?(1)当当F=0时，速度时，速度v为最小值为最小值最低点：最低点：最高点：最高点：v2拓展：物体沿竖直内轨运动拓展：物体沿竖直内轨运动 有一个竖直放置的内壁有一个竖直放置的内壁光滑光滑圆环，其半径圆环，其半径为为R，质量为，质量为m的小球沿它的内表面做圆周的小球沿它的内表面做圆周运动，分析运动，分析小球在最高点小球在最高点A的速度应满足什的速度应满足什么条件？么条件？vAmgFNA 明确：明确：向心力和向心加速度公式向心力和向心加速度公式同样适合于变速圆周运动同样适合于变速圆周运动,但求质但求质点在圆周上某点的向心力和向心加点在圆周上某点的向心力和向心加速度的大小速度的大小,必须用该点的必须用该点的瞬时速度瞬时速度值。值。小结：小结：实例一：水流星实例一：水流星 思考：思考：在在“水流星水流星”的表演中，的表演中，杯子在竖杯子在竖直面内做圆周运动，到最高点时，杯口朝下，但杯直面内做圆周运动，到最高点时，杯口朝下，但杯中的水却不会流下来，为什么呢？中的水却不会流下来，为什么呢？作圆周运动的物体总需要向心力。作圆周运动的物体总需要向心力。当杯子以速度当杯子以速度v 转过最高点时，杯中转过最高点时，杯中的水受力如图所示。的水受力如图所示。对杯中的水：对杯中的水：GFN由此可知，由此可知，v 越大，杯子底对水的压力越大。越大，杯子底对水的压力越大。FN=0此时水恰好不流出。此时水恰好不流出。表演表演“水流星水流星”节目的演员，需要保证杯子在圆周运动最高点节目的演员，需要保证杯子在圆周运动最高点的线速度不得小于的线速度不得小于即即 思考：过山车为什么在最高点也不会掉下来？思考：过山车为什么在最高点也不会掉下来？实例二：过山车实例二：过山车GFNFN=0 要想保证过山车在最高点不掉下来，要想保证过山车在最高点不掉下来，此时速度此时速度问题问题2：杆物模型：杆物模型：用长为用长为L的轻杆一端固定着一个质量为的轻杆一端固定着一个质量为m的的小球，使小球在竖直平面内做圆周运动，如图小球，使小球在竖直平面内做圆周运动，如图所示。所示。试分析：试分析：（1）当小球在最低点）当小球在最低点A的速度的速度为为v2时，杆的受力与速度的关时，杆的受力与速度的关系怎样？系怎样？（2）当小球在最高点）当小球在最高点B的速的速度为度为v1时，杆的受力与速度时，杆的受力与速度的关系怎样？的关系怎样？ABF3mgF1mgF2v1v2o思考思考:过最高点的最小速度是多大过最高点的最小速度是多大?何何时杆子表现为拉力时杆子表现为拉力,何时表现为支持力何时表现为支持力?问题问题2：杆物模型：杆物模型：AB拓展：物体在管型轨道内的运动拓展：物体在管型轨道内的运动如图，有一内壁光滑如图，有一内壁光滑竖直竖直放置放置的管型轨道半径为的管型轨道半径为R，内有一质，内有一质量为量为m的小球，沿其竖直方向的小球，沿其竖直方向上的做上的做变速圆周运动变速圆周运动，小球的，小球的直径刚好与管的内径相等直径刚好与管的内径相等（1 1）小球在运动到）小球在运动到最高点最高点的时候的时候速度与受力速度与受力的关系是的关系是怎样的？怎样的？（2 2）小球运动到）小球运动到最低点最低点的时候的时候速度与受力速度与受力的关系又是的关系又是怎样？怎样？GV1(V2)AGF3V3分析：F1F2R最高点最高点:;最低点：最低点：思考：小球在最高点的最小速度可以思考：小球在最高点的最小速度可以是多少？什么时候外管壁对小球有压是多少？什么时候外管壁对小球有压力，什么时候内管壁对小球有支持力力，什么时候内管壁对小球有支持力?什么时候内外管壁都没有压力？什么时候内外管壁都没有压力？（1 1）最高点最小速度）最高点最小速度（2）当）当时，管壁对小球没有力的作用时，管壁对小球没有力的作用时，外管壁对小球有作用力时，外管壁对小球有作用力（3）当）当V 时，内管壁对小球有作用力时，内管壁对小球有作用力（4）当）当V 长为长为0.6 m的轻杆的轻杆OA(不计质量不计质量),A端插个质端插个质量为量为2.0 kg的物体的物体,在竖直平面内绕在竖直平面内绕O点做圆周点做圆周运动运动,当球达到最高点的速度分别为当球达到最高点的速度分别为3 m/s,m/s,2 m/s时时,求杆对球的作用力各为多少求杆对球的作用力各为多少?O OA A巩固应用：