6.4生活中的圓周運(yùn)動(dòng)（教學(xué)課件）-高中物理人教版（2019）必修第二冊(cè)

第六章圓周運(yùn)動(dòng)第4節(jié)生活中的圓周運(yùn)動(dòng)問題與目標(biāo)1、能理解向心力的概念，會(huì)在具體問題中分析向心力的來源。2、能理解、運(yùn)用勻速圓周運(yùn)動(dòng)的規(guī)律分析和處理生產(chǎn)、生活中的具體實(shí)例。3、能明確向心力和向心加速度的公式也適用于變速圓周運(yùn)動(dòng)，會(huì)求變速圓周運(yùn)動(dòng)中物體在特殊點(diǎn)的向心力和向心加速度當(dāng)你坐火車轉(zhuǎn)彎的時(shí)候，你是否感受過車體傾斜的情況？同樣是坐車，為什么坐汽車轉(zhuǎn)彎的時(shí)候就不會(huì)感到車體傾斜，而是會(huì)感到被“甩”向一方呢？一、火車轉(zhuǎn)彎思考1：火車彎道的特點(diǎn)是什么？彎道處外軌高于內(nèi)軌，火車在行駛過程中，重心高度不變，即火車的重心軌跡在同一水平面內(nèi)，火車的向心加速度和向心力均沿水平面指向圓心。思考2：火車車輪的特點(diǎn)是什么？火車的車輪有凸出的輪緣，火車在鐵軌上運(yùn)行時(shí)，車輪與鐵軌有水平與豎直兩個(gè)接觸面，這種結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，主要是避免火車運(yùn)行時(shí)脫軌。思考3：火車轉(zhuǎn)彎時(shí)會(huì)受到什么力？向心力的來源是什么？火車轉(zhuǎn)彎時(shí)所需的向心力完全由支持力和重力的合力來提供，如圖所示?；疖嚨乃俣群线m時(shí)，會(huì)受到豎直向下的重力、垂直地面的支持力。思考4：設(shè)斜面傾角為θ，轉(zhuǎn)彎半徑為R，當(dāng)向心力完全由重力與支持力的合力提供時(shí)，火車的速度為多大？思考5：軌道輪緣所受的壓力與火車速度的關(guān)系是怎樣的？（1）當(dāng)火車行駛速率v等于規(guī)定速度v0時(shí)，內(nèi)、外軌道對(duì)輪緣都沒有側(cè)壓力。（2）當(dāng)火車行駛速度v大于規(guī)定速度v0時(shí)，火車有離心運(yùn)動(dòng)趨勢，故外軌道對(duì)輪緣有側(cè)壓力。（3）當(dāng)火車行駛速度v小于規(guī)定速度v0時(shí)，火車有向心運(yùn)動(dòng)趨勢，故內(nèi)軌道對(duì)輪緣有側(cè)壓力。二、汽車過拱形橋質(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，試畫出汽車的受力分析圖，并求出汽車通過橋的最高點(diǎn)時(shí)對(duì)橋的壓力。汽車的重力與汽車對(duì)橋的壓力誰大？【思考與討論】地球可以看作一個(gè)巨大的拱形橋，橋面的半徑就是地球的半徑R（約為6400km）。地面上有一輛汽車在行駛，所受重力G=mg，地面對(duì)它的支持力是FN根據(jù)上面的分析，汽車速度越大，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？當(dāng)汽車通過凹形路面的最低點(diǎn)時(shí)，汽車對(duì)路面的壓力比汽車的重力大還是小呢？【歸納總結(jié)】（1）分析汽車過拱形橋這類問題時(shí)應(yīng)把握以下兩點(diǎn)：①汽車在拱形橋上的運(yùn)動(dòng)是豎直面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)。②向心力的來源（最高點(diǎn)和最低點(diǎn)）：汽車做圓周運(yùn)動(dòng)，重力和橋面的支持力的合力提供向心力。（2）汽車駛至凹形路面的底部時(shí)，加速度向上，合力向上，此時(shí)滿足

，則，車對(duì)橋面壓力最大。（3）當(dāng)車駛至拱形橋的頂部時(shí)，加速度向下，合力向下，此時(shí)滿足

，則，車對(duì)橋面壓力最小。三、航天器中的失重現(xiàn)象上面“思考與討論”中描述的場景其實(shí)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了，不過不是在汽車上，而是在航天器中。我們以繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的宇宙飛船為例做些說明。當(dāng)飛船距地面高度為100~200km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，即也就是由此可以解出，當(dāng)時(shí)座艙對(duì)航天員的支持力，航天員處于完全失重