6.4生活中的圆周运动课件-2021-2022学年高一下学期物理人教版（2019）必修第二册(共27张PPT).pptx

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1、第五章 第七节生活中的圆周运动生活中的圆周运动火车的结构火车的结构一、一、铁路的弯道路的弯道当火车在平直的轨道上匀速行驶时，火车所受的合外力等于零。火车匀速转弯时，火车做曲线运动，此时所受的合外力不等于零，合外力要提供向心力，方向指向圆心。火车的运动火车的运动一、一、铁路的弯道路的弯道例1：一火车头质量为8105kg，欲以30m/s的速度通过一半径为R=300m的水平弯道。试计算火车与铁轨间的作用力大小。解：得F=2.4106N=2400000N 若内外轨道一样高（水平弯道）若内外轨道一样高（水平弯道）向心力由外侧轨道对车轮轮缘的弹力提供向心力由外侧轨道对车轮轮缘的弹力提供FGFN相互作用力相

2、互作用力很很大，大，铁轨容易铁轨容易损坏、变形，损坏、变形，发生危险发生危险一、一、铁路的弯道路的弯道能否设计一个方案，让火车既能安全通过弯道，能否设计一个方案，让火车既能安全通过弯道，又能减少轨道与轮缘的挤压？又能减少轨道与轮缘的挤压？在实际火车与轨道设计中，在实际火车与轨道设计中，通常采用通常采用垫高外轨垫高外轨的方法的方法为火车提供较多的向心力。为火车提供较多的向心力。而而利用轮缘挤压只是提供小利用轮缘挤压只是提供小部分向心力。部分向心力。外外内内一、一、铁路的弯道路的弯道例2：如图，已知轨道水平间距为L，高度差为h，转弯半径为R，若车轮对内外轨都无压力，质量为m的火车运行的速率应该多大

3、?解：得 若外轨略高于内轨（倾斜轨道）若外轨略高于内轨（倾斜轨道）向心力由重力向心力由重力G和支持力和支持力N的合力提供的合力提供若要合力恰好提供若要合力恰好提供向心力，火车转弯向心力，火车转弯时的速度是限定的。时的速度是限定的。NFhLG一、一、铁路的弯道路的弯道GFNOGFNO 当当 时，时，F内轨对轮缘产生向外的弹力轨对轮缘产生向外的弹力F若火车转弯的速度若火车转弯的速度v大于或小于大于或小于v0，会如何会如何？当当 时，时，FF外轨对轮缘产生向内的弹力轨对轮缘产生向内的弹力二、离心运动二、离心运动做做圆周运动的物体，在所受圆周运动的物体，在所受合力合力突然突然消失或者不足消失或者不足以

4、提以提供圆周运动所需向心力的情供圆周运动所需向心力的情况下，就做逐渐况下，就做逐渐远离圆心远离圆心的的运动，这种现象叫离心现象。运动，这种现象叫离心现象。本质本质：是物体惯性的表现：是物体惯性的表现条件条件：做：做圆周运动的物体合外力消失或不足圆周运动的物体合外力消失或不足以提供所需的向心力以提供所需的向心力 二、离心运动二、离心运动（3）做离心运动的物体不存在）做离心运动的物体不存在“离心力离心力”作用，作用，而是物体惯性的体现。而是物体惯性的体现。二、离心运动二、离心运动理解理解：（1 1）做离心运动的质点是做半径越来越大或沿）做离心运动的质点是做半径越来越大或沿切线方向飞出的运动。切线方

5、向飞出的运动。（2 2）做圆周运动的质点，当）做圆周运动的质点，当F F合消失时，它就沿过合消失时，它就沿过该点切线方向飞去，而不是沿半径方向。该点切线方向飞去，而不是沿半径方向。制作制作棉花棉花糖糖离心干燥器离心干燥器洗衣机的脱水筒洗衣机的脱水筒二、离心运动二、离心运动实例：实例：（1）汽车、火车拐弯时的限速）汽车、火车拐弯时的限速（2）高速旋转的飞轮、砂轮的限速）高速旋转的飞轮、砂轮的限速二、离心运动二、离心运动防止：防止：C例题F压压FNmg水平桥水平桥拱形桥拱形桥凹形桥凹形桥二、汽二、汽车过桥【例】汽车质量m，通过凸桥最高点速度为v，桥半径为r，求汽车在桥顶时对路面的压力多大？解：取竖

6、直向下为正方向解：取竖直向下为正方向解：取竖直向下为正方向解：取竖直向下为正方向由牛顿第三定律得：由牛顿第三定律得：由牛顿第二定律得：由牛顿第二定律得：失重aGFN二、汽二、汽车过桥 若汽若汽车在凸形在凸形桥的最高点的最高点时速速度很大，会度很大，会发生生什么什么现象？象？v2RmgmmgFN当当FN=0 时，出现飞车现象，汽车做时，出现飞车现象，汽车做平抛运动平抛运动，汽车及其中的物体处于汽车及其中的物体处于完全失重完全失重状态。状态。v gR二、汽二、汽车过桥汽车质量汽车质量m m，通过凹桥最低点速度为，通过凹桥最低点速度为v v，桥半径为，桥半径为r r，求汽车在求汽车在最低点时对桥面的

7、压力多大？最低点时对桥面的压力多大？解：取竖直向上为正方向解：取竖直向上为正方向解：取竖直向上为正方向解：取竖直向上为正方向由牛顿第三定律得：由牛顿第三定律得：由牛顿第二定律得：由牛顿第二定律得：超重 若汽车在凹形若汽车在凹形桥的最低点时速桥的最低点时速度很大，会发生度很大，会发生什么现象？什么现象？压力过大。压力过大。可能毁坏路面或可能毁坏路面或者使轮胎爆裂。者使轮胎爆裂。GFNa二、汽二、汽车过桥1.乘坐乘坐乐园过山车时，质量为乐园过山车时，质量为m的人随车在竖直平面的人随车在竖直平面内内沿圆周沿圆周轨道运动，正确的是（轨道运动，正确的是（）A、人在最高点和最低点时的向、人在最高点和最低点

8、时的向心加速心加速度相等度相等B、车在最高点时人处于倒坐状态，、车在最高点时人处于倒坐状态，全靠保险带拉住，若没有保险带，人一定会掉全靠保险带拉住，若没有保险带，人一定会掉下去下去C、人在最低点时对座位的压力大于、人在最低点时对座位的压力大于mgD、人在最高点时，对轨道的压力最大、人在最高点时，对轨道的压力最大C例题2.当当汽车通过拱桥顶点的速度为汽车通过拱桥顶点的速度为10m/s时，车对桥顶的压力为时，车对桥顶的压力为重力的重力的3/4，要使汽车在粗糙的桥面行驶至桥顶时不受摩擦力，要使汽车在粗糙的桥面行驶至桥顶时不受摩擦力作用，则汽车通过桥顶的速度应作用，则汽车通过桥顶的速度应为（为（）A.

9、15m/s B.20m/s C.25m/s D.30m/sB例题3.如图如图所示所示,汽车在汽车在一一段丘陵地以恒定速率行驶时，所受支持段丘陵地以恒定速率行驶时，所受支持力最大的地点是力最大的地点是？三、航天器中的失重三、航天器中的失重现象象在“水流星”的表演中，杯子在竖直面内做圆周运动，到最高点时，杯口朝下，但杯中的水却不会流下来，为什么呢？解：解：以杯中的水为研究对象以杯中的水为研究对象此时水刚好不流出此时水刚好不流出 所以只要保证杯子在圆周运动最高点所以只要保证杯子在圆周运动最高点的线速度的线速度 ，水即可不流下来。，水即可不流下来。水流星表演水流星表演4.4.绳绳系系着着装装水水的的桶

10、桶，在在竖竖直直平平面面内内做做圆圆周周运运动动，水的质量水的质量m=0.5kgm=0.5kg，绳长，绳长L=40cm.L=40cm.求求（1 1）桶在最高点水不流出的最小速率？）桶在最高点水不流出的最小速率？（2 2）水在最高点速率为）水在最高点速率为3m/s3m/s时水对桶底的压力时水对桶底的压力？(g g取取10m/s10m/s2 2)2m/s,6.25N2m/s,6.25N例题5.用用轻杆栓一小球在竖直平面内做圆周运动，轻杆栓一小球在竖直平面内做圆周运动，m=2kg，L=1m，g=10m/s2小球在最高点时：小球在最高点时：1、若、若v1=1m/s,小球小球对杆的作用力？对杆的作用力？

11、2、若、若v2=m/s,小球小球对杆的作用力？对杆的作用力？3、若、若v3=5m/s,小球小球对杆的作用力？对杆的作用力？18N,0,30N例题6.小球小球在半径为在半径为R的光滑半球内做水平面内的匀速圆周的光滑半球内做水平面内的匀速圆周运动，试分析图中的运动，试分析图中的（小球与半球球心连线跟竖直方（小球与半球球心连线跟竖直方向的夹角）与线速度向的夹角）与线速度v、周期、周期T的关系。的关系。例题7.如图如图所示，小球在竖直放置的光滑圆形管道所示，小球在竖直放置的光滑圆形管道内内做做圆周运动，内侧壁半径为圆周运动，内侧壁半径为R R，小球半径，小球半径r,r,则则下列下列说法正确的是说法正确

12、的是()A A、小球、小球通过最高点时的最小速度通过最高点时的最小速度B B、小球、小球通过最高点时的最小速度通过最高点时的最小速度v vminmin=0=0C C、小球、小球在水平线在水平线abab以下的管道中运动时，内侧管壁对以下的管道中运动时，内侧管壁对小球小球 一定一定无作用力无作用力D D、小球、小球在水平线在水平线abab以上的管道中运动时，外侧管壁对以上的管道中运动时，外侧管壁对小球小球 一定一定有作用力有作用力OR管道ab例题BC8.如图如图所示，在倾角为所示，在倾角为=30=30的光滑斜面上，有一根长为的光滑斜面上，有一根长为L=0.8mL=0.8m的细绳，一端固定在的细绳，一端固定在O O点，另一端系一质量为点，另一端系一质量为m=0.2kgm=0.2kg的小球，沿斜的小球，沿斜面作圆周运动，试计算面作圆周运动，试计算：（1 1）小球通过最高点）小球通过最高点A A的最小速度的最小速度（2 2）若细绳的抗拉力为）若细绳的抗拉力为F Fmaxmax=10N=10N，小球在最低点，小球在最低点BB的最的最大速度大速度是多少是多少例题