资源简介

(共34张PPT)
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生活中的圆周运动
教学内容安排
01 火车转弯
02 汽车过拱形桥和凹形桥
03 航天器的失重现象
04 离心运动
熊林颖
操雪琪
曾李
廖昱锦
向心力的特点
方向
总是指向圆心, 作用效果只改变速度的方向
由物体在半径方向的合力提供
大小
物体做圆周运动时，必须有力提供
向心力是按效果命名的力
向心力
知识回顾
提供物体做
圆周运动的力
物体做圆周运动所需的力
物体作圆周运动的条件
从“供” “需”两方面研究生活中做圆周运动的物体
由物体受力情况决定
由物体的运动情况决定
F
“供需”平衡 物体做圆周运动
本节课
=
问题1
同学们，你们了解有关高铁技术的一些参数么？观察下表，试找出高铁时速与最小曲线半径的规律？
新课导入
问题2
在铁路弯道处，内、外轨道的高度一样吗？
火车转弯
车轮的构造
火车车轮有突出的轮缘
火车转弯
正常行驶时，火车轨道的内外轨是一样高的。如果在火车转弯时，火车在这样的轨道上行驶会发生什么？
FN
G
外轨对轮缘的弹力F提供向心力,F=F向
火车质量很大,故轮缘和外轨间的相互作用力很大,易损坏铁轨.
问题1
火车转弯
如果外轨略高于内轨，情况又如何呢？
mg
F合
1
2
θ
再以火车为研究对象进行受力分析，确定提供的向心力大小.
通过对比发现，如果使外轨略高于内轨，火车转弯时铁轨对火车的支持力与重力的合力指向圆心，提供了一部分向心力，这就减轻了轮缘与外轨间的挤压。
问题2
我们如何计算这种情况下的向心力呢？
火车转弯
火车转弯的临界速度的推导
我们先假设火车某次过倾角为θ的弯道时，火车与轨道之间没有挤压，求此时的速度v0：
mg
F合
θ
h
L
②
火车转弯的向心力由重力与轨道对火车的支持力提供
根据向心力公式：
θ比较小时
①
③
联立①②③，解得
01
火车转弯
火车转弯时速度和轮缘与轨道之间的相互作用
由以上分析可以看到，根据弯道半径和规定的行驶速度，选择合适的内外轨的高度差h ,可以使火车转弯时所需向心力几乎完全由重力和支持力的合力提供.
（3）如果火车行驶速度v（2）如果火车行驶速度v>v0
mg
F合
θ
F1
F2
轮缘受到外轨向内的挤压力, 外轨易损坏。
（1）如果火车行驶速度v=v0
轮缘不受侧向压力,最安全的转弯速度。
轮缘受到内轨向外的挤压力, 内轨易损坏。
铁路弯道处超速是火车脱轨和翻车的主要原因。
02
火车转弯
例题1
(多选)公路急转弯处通常是交通事故多发地带．如图所示，某公路急转弯处是一圆弧，当汽车行驶的速率为v0时，汽车恰好没有向公路内外两侧滑动的趋势．则在该弯道处(　　)
A．路面外侧高、内侧低
B．车速只要低于v0，车辆便会向内侧滑动
C．车速虽然高于v0，但只要不超出某一最高限度，车辆便不会向外侧滑动
D．当路面结冰时，与未结冰时相比，v0的值变小
AC
火车转弯
情景分析
黄石长江大桥
是什么力提供汽车的向心力呢？
汽车过桥时，也可以看做圆周运动。
再根据牛顿第三定律，得
问题探究
质量为m的汽车在拱形桥上以速度v前进，设桥面的圆弧半径为r。
G
FN
v
F向
a
对汽车受力分析
解：
根据牛顿第二定律，得
由于物体做圆周运动
FN＜G
分析车对桥的压力
属失重现象
问题探究
G
FN
v
F向
a
可见汽车的速度越大对桥的压力越小
（临界速度）
当v大于v临界时，汽车将飞离桥面做平抛运动！
质量为m的汽车在拱形桥上以速度v前进，设桥面的圆弧半径为r。
汽车在拱形桥上但不在最高点时，又该如何分析汽车所受的向心力？
问题探究
汽车通过凹形桥面的最低点时，车对地面的压力比汽车所受的重力大些还是小些？
问题探究
F向
a
G
FN
v
质量为m的汽车在凹形桥上以速度v前进，设桥面的圆弧半径为r。
FN＞G
超重
可见汽车的速度越大对桥的压力越大
分析车对桥的压力
汽车对桥面的压力 超重失重状态
最高点
最低点
失重
模型小结
超重
1、图所示，一辆装满货物的汽车在丘陵地区行驶，由于轮胎太旧，途中“放了炮”，你认为在图中a、b、c、d四处、“放炮”可能性最大处是（ ）
A. a处 B. b处
C. c处 D. d处
随堂练习
问：最可能飞离路面的地段应是？
D
c处
地球可以看做一个巨大的拱形桥，桥面的半径就是地球的半径.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零？这时驾驶员与座椅之间的压力是多少？……
问题1
该“问题探究”中描述的情景其实已经实现，不过不是在汽车上，而是在航天飞机中．
航天器中的失重现象
航天器在发射升空（加速上升）时，航天员处在超重还是失重状态？
问题2
FN－mg ＝ma
FN＞mg
航天器在轨道正常运行（绕地球做匀速圆周运动）时，航天员处在超重还是失重状态？
FN
mg
a
问题3
航天器绕地球做匀速圆周运动，假设它的线速度的大小为v ，轨道半径近似等于地球半径R ，航天员受到的地球引力近似等于他在地面测得的体重mg .
v2
r
FN ＝mg－m
v2
R
mg－FN＝m
超重
失重
FN ＜mg
航天器中的失重现象
问题4
假设宇宙飞船总质量为M，它在地球表面附近绕地球做匀速圆周运动，其轨道半径近似等于地球半径r，航天员质量为m，宇宙飞船和航天员受到的地球引力近似等于他们在地面上的重力mg 。试求座舱对宇航员的支持力为零时飞船的速度多大 通过求解，你可以判断此时的宇航员处于什么状态（超重或失重）。
驾驶员对座椅的压力为零,处于完全失重状态
航天器中的失重现象
有人把航天器失重的原因说成是它离地球太远，从而摆脱了地球引力，这种说法对吗？
上述观点是错误。正是由于地球引力的存在，才使航天器连同其中的人和物体环绕地球做圆周运动。若没有引则不会绕地球做圆周运动。
问题5
航天器中的失重现象
宇宙飞船绕地球做匀速圆周运动，下列说法正确的是( 　 )
A.在飞船内可以用天平测量物体的质量
B.在飞船内可以用水银气压计测舱内的气压
C.在飞船内可以用弹簧测力计测拉力
D.在飞船内将重物挂于弹簧测力计上，弹簧测力计示数为0，
但重物仍受地球的引力
CD
巩固提升
离心运动
1.物体做匀速圆周运动的条件是什么？
初速度不为零，且合力大小不变方向始终跟速度方向垂直，合力提供向心力。
2.如果突然剪断细线，小球将做什么运动？
沿切线方向做匀速直线运动
m
O
r
光滑水平面
离心运动
O
F合 = mω2r，物体做匀速圆周运动
0＜F合＜mω2r ，物体做逐渐远离圆心的运动
F 合= 0 ，物体沿切线方向飞出远离圆心
定义：做匀速圆周运动的物体，在所受合力突然消失，或者不足以提供圆周运动所需的向心力时，做逐渐远离圆心的运动，这种运动叫做离心运动.
条件：
0 ≤F合＜mω2r
供<需
离心运动
注意：物体做离心运动并不是物体受到“离心力”作用，而是由于合外力不能提供足够的向心力.所谓“离心力”实际上并不存在.
要使原来作匀速圆周运动的物体作离心运动，该怎么办？
（1）提高转速，使所需向心力增大到大于物体所受合外力.
（2）减小合外力或使其消失.
供＝需
供<需
离心运动的应用
离心运动
离心运动的应用
离心运动
离心甩干
离心脱水
O
F静
v
在水平公路上行驶的汽车，转弯时所需的向心力是由车轮与路面的静摩擦力提供的.如果转弯时速度过大，所需向心力Fn大于最大静摩擦力Fmax （Fmax不足以提供向心力），汽车将做离心运动而造成交通事故.因此，在公路弯道处，车辆行驶不允许超过规定的速度.
当 时，汽车做离心运动
Fmax＜m
v2
r
离心运动的防止
离心运动
要防止离心现象发生，该怎么办？
（1）减小物体运动的速度，使物体作圆周运动时所需的向心力减小.
（2）增大合外力，使其达到物体作圆周运动时所需的向心力.
供<需
供＝需
离心运动的防止
离心运动
1、关于离心运动，下列说法中正确的是(　　)
A．物体一直不受外力作用时，可能做离心运动
B．在外界提供的向心力突然变大时，原来做匀速圆周运动的物体将做离心运动
C．只要向心力的数值发生变化，原来做匀速圆周运动的物体就将做离心运动
D．当外界提供的向心力突然消失或数值变小时，原来做匀速圆周运动的物体将做离心运动
D
离心运动
解析　离心运动是指原来在做匀速圆周运动的物体后来远离圆心，所以选项A错误；离心运动发生的条件是：实际的合力小于做圆周运动所需要的向心力，所以选项B、C错误，D正确.
2、如图1所示，汽车在通过水平弯道时，轮胎与地面间的摩擦力已达到最大值， 若汽车转弯的速率增大到原来的倍，为使汽车转弯时仍不打滑，其转弯半径应变为原来的____倍.
2
图1
离心运动
3、在冬奥会短道速滑项目中，运动员绕周长仅111米的短道竞赛.比赛过程中运动员在通过弯道时如果不能很好地控制速度，将发生侧滑而摔离正常比赛路线.如图所示，圆弧虚线Ob代表弯道，即正常运动路线，Oa为运动员在O点时的速度方向(研究时可将运动员看做质点).下列论述正确的是（ ）
A.发生侧滑是因为运动员受到的合力方向背离圆心
B.发生侧滑是因为运动员受到的合力大于所需要的向心力
C.若在O点发生侧滑，则滑动的方向在Oa左侧
D.若在O点发生侧滑，则滑动的方向在Oa右侧与Ob之间
解析　发生侧滑是因为运动员的速度过大，所需要的向心力过大，而运动员受到的合力小于所需要的向心力，受到的合力方向指向圆弧内侧，故选项A、B错误；
运动员在水平方向不受任何外力时沿Oa方向做离心运动，实际上运动员受到的合力方向指向圆弧Ob内侧，所以运动员滑动的方向在Oa右侧与Ob之间，故选项C错误，D正确.
D
离心运动
1．讨论向心力的来源
2．外轨高于内轨时重力与支持力的合力是使火车转弯的向心力
3．讨论：为什么转弯处的半径和火车运行速度有条件限制
生活中的圆周运动
铁路的弯道
1．离心现象的分析与讨论．
2．离心运动的应用和防止．
汽车过拱形桥和凹形桥
思考：汽车过拱形桥时，对桥面的压力与重力谁大
圆周运动中的超重、失重情况．
航天器中的失重现象
离心运动
课堂小结

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