+生活中的圓周運動+課件-2021-2022學年高一下學期物理人教版(2019)必修第二冊

6.4

生活中的圓周運動學習目標1火車轉(zhuǎn)彎1．火車車輪的結(jié)構(gòu)特點火車的車輪上有突出的輪緣，且火車在軌道上運行時有突出輪緣的一邊在兩軌道的內(nèi)側(cè)，如圖所示，這種結(jié)構(gòu)有助于使火車運動的軌跡保持穩(wěn)定1火車轉(zhuǎn)彎2．火車轉(zhuǎn)彎時向心力的來源分析(1）如果鐵路彎道的內(nèi)外軌一樣高，火車轉(zhuǎn)彎時，外側(cè)車輪的輪緣擠壓外軌，使外軌發(fā)生彈性形變，外軌對輪緣的彈力提供火車轉(zhuǎn)彎的向心力，如圖甲所示．但是，火車質(zhì)量太大，所以需要很大的向心力，靠這種辦法得到向心力，將會使輪緣與外軌間的相互作用力太大，鐵軌和車輪極易受損．(2）如果在彎道處使外軌略高于內(nèi)軌（如圖乙所示），火車轉(zhuǎn)彎時鐵軌對火車的支持力F、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，為火車轉(zhuǎn)彎提供一部分向心力，可以減輕輪緣與外軌間的擠壓．◎火車轉(zhuǎn)彎時在水平面內(nèi)做勻速圓周運動，軌跡在水平面內(nèi)，所受合力沿水平方向，而不是沿軌道斜面方向．火車行駛的受力分析1火車轉(zhuǎn)彎FNF向mg火車轉(zhuǎn)彎的速度分析1火車轉(zhuǎn)彎火車轉(zhuǎn)彎時的速度與v0、受力的關(guān)系1火車轉(zhuǎn)彎v>v0v<v01火車轉(zhuǎn)彎火車轉(zhuǎn)彎時的速度與v0、受力的關(guān)系的應(yīng)用高速公路、賽車的彎道處設(shè)計成外高內(nèi)低，使重力和支持力的合力能提供車：輛轉(zhuǎn)彎時的向心力，減少由于轉(zhuǎn)彎產(chǎn)生的摩擦力對車輪的損壞，目的是在安全許可的范圍內(nèi)提高車輛的運行速度．1.汽車通過拱形橋最高點時的情況2汽車過拱形橋汽車過拱形橋的最高點時，圓心在橋面下方，向心加速度豎直向下，汽車受到橋面的支持力小于自身重力，汽車處于失重狀態(tài)(1）如圖所示，質(zhì)量為m的汽車通過橋面最高點時速率為v，橋面的圓弧半徑為R.此時重力mg和支持力Fn的合力提供汽車在該點的向心力．由牛頓第二定律得F=mg-Fn=m橋面對汽車的支持力F

n=

<mg．由牛頓第三定律知，汽車對橋面的壓力F

n’=F

n=

<mg，方向豎直向下．(2）由F'=

可知，汽車的行駛速率越大，汽車對橋面的壓力越??；當汽車的速率等于√gR時，汽車對橋面的壓力為零，這是汽車在橋面上運動的最大速度，超過這個速度，汽車將飛離橋面．2汽車過拱形橋2．汽車通過凹形路面最低點時的情況汽車通過凹形路面的最低點時，圓心在地面上方，向心加速度豎直向上，汽車受到地面的支持力大于自身重力，汽車處于超重狀態(tài)．如圖所示，重力mg和支持力F

n的合力提供汽車在該點的向心力，由牛頓第二定律得F=Fn-mg=

地面對汽車的支持力Fn=mg+m

nnn

>mg．由牛頓第三定律知，汽車對地面的壓力Fn’=Fn=mg+nnnnnn>mg，方向豎直向下，可見，此位置汽車對地面的壓力大于自身重力，且汽車行駛的速率越大，汽車對地面的壓力就越大，這也是汽車高速過凹形路面時容易爆胎的原因．◎汽車在拱形橋最高點和凹形路面最低點時，支持力和重力在同一豎直線上，故合力也在此豎直線上，當汽車不在拱形橋的最高點或形路面的最低點時，不能用此種方法求解．航天器在近地軌道上的運動3航天器中的失重現(xiàn)象（1）航天器繞地球做勻速圓周運動時，航天器只受地球引力，引力提供了它絲球做勻速圓周運動所需的向心力，即F引=mv2/R(2）在繞地球做勻速圓周運動的航天器中的航天員處于完全失重狀態(tài)．(3）對失重現(xiàn)象的認識航天器內(nèi)的任何物體都處于完全失重狀態(tài)，但并不是物體擺脫了地球引力，反而是因為地球引力的存在才使航天器連同其中的乘員能環(huán)繞地球轉(zhuǎn)動．航天器中失重狀態(tài)下物體的受力及運動特征3航天器中的失重現(xiàn)象(1）物體仍受重力作用，并不是重力消失，只是重力全部用來提供向心力．(2）物體對支持物的壓力或?qū)覓煳锏睦οВ唧w表現(xiàn)為無法用彈簧測力計測量物體的重力（但可以測拉力），無法用天平測量物體的質(zhì)量．(3）物體的速度不斷變化，物體具有加速度，處于非平衡狀態(tài)．4離心運動1．概念做周運動的物體，在合力突然消失時，物體沿切線方向飛出去或在合力不足以提供所需的向心力時，物體雖然不會沿切線飛去，也會逐漸遠離圓心，這里描述的運動叫作離心運動。2．產(chǎn)生離心運動的原因做圓周運動的物體，由于慣性，總有沿著切線方向飛出去的傾向，但是物體沒有飛出去，是因為受到向心力的作用在合力突然消失或者不足以提供圓周運動所需的向心力的情況下，物體將做離心運動◎（1）做圓周運動的物體，在某時刻合力消失，它就以這一時刻的線速度沿切線方向飛出去，◎（2）離心運動的運動學特征是逐漸遠離圓心，動力學特征是合力突然消失或不足以提供的向心力．◎(3）產(chǎn)生離心運動的原因是合力突然消失或不足以提供所需的向心力，而不是物體又受到了"離心力".◎(4）做離心運動的物體是做半徑越來越大的運動或沿切線方向飛出去的運動，而不是沿半徑方向飛出去4離心運動3．合外力與向心力的關(guān)系（如右圖）(1）物體做勻速圓周運動，即"提供"滿足"需要".(2）物體做半徑變小的近心運動，即"提供"大于"需要".(3）外力不足以使物體穩(wěn)定在圓周軌道上，物體逐漸遠離圓心做離心運動，即"需要"大于"提供"(4）則物體沿切線方向飛出，做勻速直線運動．4．離心運動的應(yīng)用和防止(1）應(yīng)用：離心干燥器、洗衣機的脫水桶、無縫鋼管的生產(chǎn)、離心水泵等