高中物理必修二精品人教版高中物理必修2第6章第4節(jié)圓周運(yùn)動(dòng)課件

1、生活中的圓周運(yùn)動(dòng)人教版高中物理 必修2新知導(dǎo)入賽車(chē)在經(jīng)過(guò)彎道時(shí)都會(huì)減速，如果不減速賽車(chē)就會(huì)出現(xiàn)側(cè)滑,從而引發(fā)事故，大家思考一下我們?nèi)绾尾拍苁官愜?chē)在彎道上不減速通過(guò)?摩托車(chē)賽中摩托車(chē)在經(jīng)過(guò)彎道時(shí)不減速，可以通過(guò)傾斜摩托車(chē)來(lái)通過(guò)彎道，你知道什么力提供向心力？向心力與傾斜度有關(guān)嗎？今天我們就通過(guò)實(shí)例來(lái)解決這類(lèi)問(wèn)題新知講解一、火車(chē)轉(zhuǎn)彎1、在平直軌道上勻速行駛的火車(chē)受幾個(gè)力作用?這幾個(gè)力的關(guān)系如何?火車(chē)受重力、支持力、牽引力及摩擦力且四個(gè)力合力為零，其中重力和支持力的合力為零，牽引力和摩擦力的合力為零。那火車(chē)轉(zhuǎn)彎時(shí)情況會(huì)有何不同呢?新知講解2、火車(chē)轉(zhuǎn)彎火車(chē)轉(zhuǎn)彎時(shí)實(shí)際是在做圓周運(yùn)動(dòng)，因而具有向心加速度。是

2、什么力使它產(chǎn)生向心加速度？新知講解輪緣與汽車(chē)輪胎不同的是， 火車(chē)的車(chē)輪上有突出的輪緣新知講解3、火車(chē)轉(zhuǎn)彎時(shí)向心力的來(lái)源火車(chē)在水平軌道上轉(zhuǎn)彎時(shí)，所需的向心力由誰(shuí)提供？鐵路彎道的內(nèi)外軌一樣高，火車(chē)轉(zhuǎn)彎時(shí)，外側(cè)車(chē)輪的輪緣擠壓外軌，使外軌發(fā)生彈性形變，外軌對(duì)輪緣的彈力是火車(chē)轉(zhuǎn)彎所需向心力的主要來(lái)源。內(nèi)軌火車(chē)質(zhì)量太大，靠這種辦法得到向心力，將會(huì)使輪緣與外軌間的相互作用力過(guò)大，不僅鐵軌和車(chē)輪極易受損，還可能使火車(chē)側(cè)翻。外軌F新知講解FNmgF如果在彎道處使外軌略高于內(nèi)軌，就可解決這一問(wèn)題?；疖?chē)轉(zhuǎn)彎時(shí)鐵軌對(duì)火車(chē)的支持力 FN 的方向不再是豎直的，而是斜向彎道的內(nèi)側(cè)，它與重力 G 的合力指向圓心，為火車(chē)轉(zhuǎn)彎提

3、供了一部分向心力。這就減輕了輪緣與外軌間的擠壓。4、彎道處使外軌略高于內(nèi)軌注意：向心力是水平的新知講解思考討論：軌道對(duì)輪緣無(wú)擠壓，此時(shí)火車(chē)的速度為多大？FNmgF在修筑鐵路時(shí)，要根據(jù)彎道的半徑和規(guī)定的行駛速度，適當(dāng)選擇內(nèi)外軌的高度差，使轉(zhuǎn)彎時(shí)所需的向心力幾乎完全由重力 G 和支持力 FN 的合力來(lái)提供F合mg tan火車(chē)轉(zhuǎn)彎時(shí)所需的向心力v gR tan Fn = m v2R新知講解思考討論：若火車(chē)的速度大于或小于這個(gè)值時(shí)，軌道對(duì)輪緣有擠壓?jiǎn)幔?、當(dāng) v gR tan2、當(dāng) v gR tan火車(chē)向外側(cè)運(yùn)動(dòng)做離心運(yùn)動(dòng)，輪緣受到外軌向內(nèi)的彈力?；疖?chē)向內(nèi)側(cè)運(yùn)動(dòng)做向心運(yùn)動(dòng)，輪緣受到內(nèi)軌向外的彈力。新知

4、講解注意：向心力是按效果命名的力，任何一個(gè)力或幾個(gè)力的合力，只要它的作用效果是使物體產(chǎn)生向心加速度，它就是物體的向心力。并不是除了受到另外物體的作用，還要再受一個(gè)向心力。1、火車(chē)轉(zhuǎn)彎可近似看成是做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，當(dāng)火車(chē)速度提高時(shí)會(huì)使軌道的外軌受損。為解決火車(chē)高速轉(zhuǎn)彎時(shí)不使外軌受損這一難題，你認(rèn)為以下措施可行的是（）A適當(dāng)增高內(nèi)軌 B適當(dāng)降低外軌 C減小彎道半徑 D增大彎道半徑 D針對(duì)練習(xí) 例題：火車(chē)以半徑R= 900 m轉(zhuǎn)彎，火車(chē)質(zhì)量為8105kg ，速度為30m/s，火車(chē)軌距l(xiāng)=1.4 m，要使火車(chē)通過(guò)彎道時(shí)僅受重力與軌道的支持力，軌道應(yīng)該墊的高度h？FNmgh典型例題解：（較小時(shí)tan=si

5、n）典型例題由力的關(guān)系得：由向心力公式得：由幾何關(guān)系得：=0.14mF=mv2/Rh/l=sinF/mg= tanFNmgFhh=lv2/Rg新知講解思考討論：高速公路轉(zhuǎn)彎處和場(chǎng)地自行車(chē)比賽的賽道，路面往往有一定的傾斜度，說(shuō)說(shuō)這樣設(shè)計(jì)的原因。汽車(chē)和自行車(chē)都在做圓周運(yùn)動(dòng)，都需要一個(gè)向心力,而向心力是車(chē)輪與地面的摩擦力提供的,由于摩擦力的大小是有限的，當(dāng)汽車(chē)與地面的摩擦力不足以提供向心力時(shí)汽車(chē)就會(huì)發(fā)生側(cè)滑，發(fā)生事故，如果高速公路轉(zhuǎn)彎處和場(chǎng)地自行車(chē)比賽的賽道路面有一定的傾斜度，這樣重力和支持力的合力可以提供一部分向心力，使行駛更安全。新知講解二、汽車(chē)過(guò)拱形橋1、汽車(chē)過(guò)拱形橋質(zhì)量為m的汽車(chē)在拱形橋上以

6、速度 v 前進(jìn)，設(shè)橋面的圓弧半徑為 r 我們來(lái)分析汽車(chē)通過(guò)橋的最高點(diǎn)時(shí)對(duì)橋的壓力。它們的合力就是使汽車(chē)做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力 F，向心加速度的方向豎直向下。汽車(chē)通過(guò)拱形橋amgFNv新知講解F mg FN當(dāng)汽車(chē)通過(guò)橋的最高點(diǎn)時(shí)，根據(jù)牛頓第二定律 F ma，因?yàn)?F mv2/r 所以 mg FN mv2/rFN mg mv2/r由牛頓第三定律： FN mg mv2/r即：汽車(chē)對(duì)橋的壓力 FN與橋?qū)ζ?chē)的支持力 FN 是一對(duì)作用力和反作用力，大小相等。新知講解所以壓力的大小為 FN mgmv2/r mg 即：汽車(chē)處于失重現(xiàn)象而且汽車(chē)的速度越大，汽車(chē)對(duì)橋的壓力越小。思考討論：當(dāng)恰好FN = 0時(shí)，汽車(chē)的

7、速度為多大？當(dāng)汽車(chē)以越來(lái)越大的速度通過(guò)拱形橋的最高點(diǎn)時(shí)，會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象？當(dāng)恰好FN = 0時(shí)，重力提供物體做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由 FN mgmv2/r mg 可知，速度越來(lái)越大， FN 越來(lái)越小，v2Rmgmv gR解得：即：新知講解所以壓力的大小為 FN mgmv2/r mg 即：汽車(chē)處于失重現(xiàn)象而且汽車(chē)的速度越大，汽車(chē)對(duì)橋的壓力越小。思考討論：當(dāng)恰好FN = 0時(shí)，汽車(chē)的速度為多大？當(dāng)汽車(chē)以越來(lái)越大的速度通過(guò)拱形橋的最高點(diǎn)時(shí)，會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象？當(dāng)恰好FN = 0時(shí)，重力提供物體做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由 FN mgmv2/r mg 此時(shí)汽車(chē)處于超重現(xiàn)象。新知講解思考討論地球可以看作一個(gè)巨大的拱形橋，

8、橋面的半徑就是地球的半徑 R（約為6 400 km）。地面上有一輛汽車(chē)在行駛，所受重力 Gmg，地面對(duì)它的支持力是 FN根據(jù)上面的分析，汽車(chē)速度越大，地面對(duì)它的支持力就越小。會(huì)不會(huì)出現(xiàn)這樣的情況：速度大到一定程度時(shí)，地面對(duì)車(chē)的支持力是 0 ？這時(shí)駕駛員與座椅之間的壓力是多少？駕駛員軀體各部分之間的壓力是多少？他這時(shí)可能有什么感覺(jué)？ 新知講解地球可以看作一個(gè)巨大的拱形橋解：若地面對(duì)車(chē)的支持力恰好為零，那么車(chē)的重力提供向心力，即mgmv2/r，所以v gr 6.41069.8 m/s7.9103 m/s7.9 km/s.這時(shí)駕駛員與座椅之間的壓力也為零，所有因重力引起的壓力都變?yōu)榱悖幱谕耆е貭?/p>

9、態(tài)，駕駛員軀體各部分之間的壓力也為零，這時(shí)，他站著坐著躺著的感覺(jué)都是一樣的，處于完全失重狀態(tài)。新知講解1、航天器在發(fā)射升空（加速上升）航天器在發(fā)射升空（加速上升）時(shí)：FNmg maFN=ma+mg 航天員處在超重狀態(tài)。2、航天器繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)當(dāng)飛船距地面高度為 100 200 km 時(shí)，它的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受到的重力mg。三、航天器中的失重現(xiàn)象新知講解除了地球引力外，航天員還可能受到飛船座艙對(duì)他的支持力 FN。引力與支持力的合力為他提供了繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力 即：mg FN mv2/R FN m（gv2/R）由此可以解出，當(dāng)

10、v Rg 時(shí)座艙對(duì)航天員的支持力FN 0，航天員處于完全失重狀態(tài)。A2、離心運(yùn)動(dòng)做圓周運(yùn)動(dòng)的物體，在所受合外力突然消失或不足以提供圓周運(yùn)動(dòng)所需向心力時(shí)（ ），就做逐漸遠(yuǎn)離圓心的運(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)就叫離心運(yùn)動(dòng)。新知講解四、離心運(yùn)動(dòng)和向心運(yùn)動(dòng)1、做圓周運(yùn)動(dòng)的物體，如果向心力突然消失，由于慣性，總有沿著切線方向飛出去的傾向。Fmr2Fmr2做圓周運(yùn)動(dòng)的物體，在所受合外力大于物體所需的向心力時(shí)（ F合 Fn ），就做逐漸靠近圓心的運(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)就叫做向心(近心)運(yùn)動(dòng)。新知講解4、離心運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用和防止（1）離心運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用洗衣機(jī)脫水時(shí)利用離心運(yùn)動(dòng)把附著在物體上的水分 甩掉 ；紡織廠也用這樣的方法使棉紗、毛線、紡織品干燥。洗衣機(jī)脫水醫(yī)務(wù)人員用離心機(jī)分離血液新知講解借助離心機(jī)，醫(yī)務(wù)人員可以從血液中分離出血漿和紅細(xì)胞棉花糖的制作小朋友愛(ài)吃的 “棉花糖” 它的制作方法也應(yīng)用了離心運(yùn)動(dòng)的原理。無(wú)縫鋼管新知講解在煉鋼廠中，把熔化的鋼水澆入圓柱形模子，模子沿圓柱的中心軸線高速旋轉(zhuǎn)。鋼水由于離心運(yùn)動(dòng)趨于周壁，冷卻后就形成無(wú)縫鋼管。（2）離心運(yùn)動(dòng)的防止 汽車(chē)拐彎時(shí)限速在水平公路上行駛的汽車(chē)轉(zhuǎn)彎時(shí)靜摩擦力提供汽車(chē)轉(zhuǎn)彎時(shí)的向心力，如果轉(zhuǎn)彎時(shí)速度過(guò)大，F(xiàn)maxmv2/r，汽車(chē)將做離心運(yùn)動(dòng)而造成事故，因此，在公路彎道，車(chē)輛不允許超過(guò)規(guī)定的速度。新知講