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(共24张PPT)
6.4 生活中的圆周运动
第六章 圆周运动
问题
火车拐弯时，内、外轨道高度为何要设置不一样高？
火车拐弯
议一议：
火车拐弯的向心力哪里来？
f
f
小试牛刀
火车以半径R = 300m 在水平轨道上转弯，火车质量为8×105 kg，速度为30m/s。铁轨与车轮之间的动摩擦因数μ=0.25。求：火车拐弯所需要的向心力？
mg
FN
Ff
O
代入数据可得： Ff =2.4×106N
轨道提供的静摩擦力最大值：
Ff静m=μmg=1.96×106N
问：“谁”提供的向心力？
“供需”不平衡，如何解决？
小试牛刀
“供需”不平衡，如何解决？
需要：Ff =2.4×106N < 提供：Ff静m=1.96×106N
f
f
F N
F N
火车转弯时，外侧车轮的轮缘挤压外轨，使外轨发生弹性形变，外轨对轮缘的弹力是火车转弯所需向心力的主要来源
轮缘对轨道侧向的弹力F =4.4×105 N
（880个成人体重）
有何风险？如何解决？
解决问题
铁笼飞车，摩托车快速转弯的向心力哪里来？
O'
O
R
θ
ω
m
mg
FN
F合
F合＝mg tanθ
竖直方向：FN cosθ＝mg
水平方向：F合= FNsinθ
向心力由重力与支持力的合力提供
解决问题
FN
mg
F
θ
h
火车以半径R= 300 m转弯，火车质量为8×105kg ，速度为30m/s，火车轨距l=1.4 m，要使火车通过弯道时仅受重力与轨道的支持力，轨道应该垫的高度h？（θ较小时tanθ=sinθ）
解：火车拐弯需要向心力：
由力的关系得：
即提供的向心力：
由几何关系得：
解决问题
火车拐弯
需要向心力
重力与支持力合力
提供的的向心力
？若火车速度与设计速度不同会怎样？
FN
mg
F
θ
h
车速过快
>
火车向外侧运动，挤压外侧铁轨
外
侧
内侧
车速过快
火车向内侧运动，挤压内侧铁轨
<
小试牛刀
铁路在弯道处的内外轨道高低是不同的，已知内外轨道对水平面倾角为θ(如图)，弯道处的圆弧半径为R。若火车转弯速度为V时，对内、外轨道侧向均没有挤压作用。下列正确的是( )
A.可知这时速度
B.可知这时速度
C. 若火车转弯时速度大于V，则内轨对内侧车轮的轮缘有挤压
D. 若火车转弯时速度小于V，则外轨对外侧车轮的轮缘有挤压
A
生活
以上交通标识牌分别表示什么意思？过以上路面需要注意什么？
汽车过拱形桥：可以看作圆周运动
半径R
试试画
受力分析图
mg
Fn
合力提供向心力，指向圆心
汽车过拱形桥
需要向心力
重力和支持力的合力
提供向心力
汽车过拱形桥
半径R
mg
Fn
汽车过拱形桥
需要向心力
重力和支持力的合力
提供向心力
=
失重
议一议：
当汽车以越来越大的速度通过拱形桥最高点，会发生什么事情？
汽车通过拱形桥需要注意什么？
当汽车速度等于多少时，
完全失重？
最刺激的过山车：安全吗？
完全失重Fn=0，与质量无关
议一议：
此时，驾驶员与座椅之间的压力是多少？
驾驶员躯体各部分之间的压力是多少？
他这时有什么感觉
航天器中的失重现象
在地球表面架设一座拱形桥（拱形桥半径等于地球半径R），当汽车速度等于多大时，汽车对拱形桥的压力为0？
此时，汽车对拱形桥的压力为0，如果此时，将拱形桥拆去……
已知，g=9.8N/kg,R=6371km
汽车速度V≈7.9km/s
航天器中的失重现象
当航天器速度等于 ，时，航天器处于完全失重状态，航天器内部都是一个完全失重的环境
议一议：
航天器中航天员被物体砸中会有痛感吗？
航天器中哪些实验仪器还可以用？哪些实验仪器不可以用？
小试牛刀
如图所示，地球可以看成一个巨大的拱形桥，桥面半径R=6400km，地面上行驶的汽车中驾驶员的重力G=800N，在汽车的速度可以达到需要的任意值，且汽车不离开地面的前提下，下列分析中正确的是( )
A. 汽车的速度越大，则汽车对地面的压力也越大
B. 不论汽车的行驶速度如何，
驾驶员对座椅压力大小都等于800N
C. 不论汽车的行驶速度如何，
驾驶员对座椅压力大小都小于他自身的重力
D. 如果某时刻速度增大到使汽车对地面压力为零，则此时驾驶员会有超重的感觉
C
小试牛刀：汽车过凹形桥
半径R
mg
Fn
一辆质量为m的小车，通过一个半径为R的凹形桥，求小车对桥面的压力大小？
汽车过拱形桥
需要向心力
重力和支持力的合力
提供向心力
试试画
受力分析图
什么力提供向心力？
合力指向何处？
超重
议一议：汽车过凹形桥需要注意什么？
=
如果供需不相等，
会发生什么？
小试牛刀
一辆货车在崎岖道路上匀速率行驶，途中发生了爆胎。道路地形如图所示，则爆胎可能性最大的位置是图中的( )
A.A处 B.B处 C.C处 D.A或B或C处
B
离心运动
做圆周运动的物体，由于惯性，总有沿着切线飞出去的倾向。
若向心力突然消失，物体就会沿着切线方向飞出去。
若向心力不是消失，而是不足以提供需要的向心力时，会发生什么？
当飞椅旋转启动加速时，拉力与重力合力不足以提供向心力，游客虽然不会沿切线飞出，也会逐渐远离圆心.
离心运动
“供”“需”是否平衡决定物体做何种运动
供
提供物体做圆周运动的力
需
物体做匀速圆周运动所需的力
F =
F <
F >
匀速圆周运动
离心运动
向心运动
生活中的离心运动——利用
洗衣机脱水
离心机分离血液
说一说原理？
生活中的离心运动——避免
如何减小离心运动带来的危害？
课堂小结
火车拐弯：在弯道处使外轨略高于内轨，重力与支持力的合力提供火车拐弯所需的向心力.
汽车过桥：
航天器中的失重现象：航天器速度等于 时，航天器处于完全失重状态，航天器内部都是一个完全失重的环境
离心运动：做圆周运动的物体，所受的合力突然消失或合力不足以提供向心力时，物体将逐渐远离圆心的运动
mg
Fn
mg
Fn
小试牛刀
如图所示是生活中的圆周运动实例，下列说法正确的是( )
A. 图甲中火车转弯超过规定速度行驶时，内轨对轮缘会有挤压作用
B. 图乙中汽车通过拱桥的最高点时，无论汽车速度多大，汽车对桥始终有压力
C. 图丙中汽车通过凹形路面的最低点时处于超重状态
D. 图丁中在水平路面上行驶的汽车转弯时所需的向心力由重力和支持力提供
C

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