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(共32张PPT)
6.4 生活中的圆周运动
摩托车转弯
思考：摩托车转弯时车身为什么要适当倾斜？
一、火车转弯
火车在水平轨道上转弯时，所需的向心力由谁提供？
问题1：火车车轮与铁轨的构造是怎样的？
轮缘
一、火车转弯
问题2：如果火车在水平弯道上转弯，试分析其受力情况及向心力的来源。
G
FN
F
外轨对轮缘的弹力
这个弹力很大，会对轨道和轮缘造成损坏。如何解决这个问题？
一、火车转弯
θ
FN
火车转弯所需的向心力的方向是在水平方向上还是在与斜面平行的方向上？
G
O
F合
θ
当外轨略高于内轨时
一、火车转弯
O
G
FN
F合
θ
θ
火车转弯时所需的向心力 Fn = mv2/R
若火车的速度大于或小于这个值时，轨道对轮缘有挤压吗？
F合＝mgtan θ
若轨道对轮缘无挤压，此时火车的速度为多大？
探究问题
G
FN
θ
轮缘受到外轨向内的弹力
G
FN
θ
F
F
轮缘受到内轨向外的弹力
1. 当 时：
2. 当 时：
探究问题
例1、铁路在弯道处的内外轨道高度是不同的，已知内外轨道平面与水平面的夹角为θ，如图3所示，弯道处的圆弧半径为R，若质量为m的火车转弯时速度等于
A.内轨对内侧车轮轮缘有挤压
B.外轨对外侧车轮轮缘有挤压
C.这时铁轨对火车的支持力等于
D.这时铁轨对火车的支持力大于
图3
典例研究
C
二、汽车过拱形桥
拱形桥
凹形桥
水平桥
问题1：汽车静止在桥上与通过平桥时，受力怎样？
F压＝FN＝mg
探究问题
问题2：汽车过拱形桥时，在最高点时，车对凸桥的压力又怎样？
mg
FN
mg－FN＝m
v2
R
FN ＝mg－m
v2
R
F压＝FN ＝mg－m
汽车对桥的压力小于其所受重力，即处于失重
FN ＜mg
探究问题
v2
R
mg＝m
当 FN = 0 时，汽车脱离桥面，做平抛运动，汽车及其中的物体处于完全失重状态。
FN＝0 时，汽车的速度为多大？
v2
R
FN ＝mg－m
问题3：汽车过拱形桥时，运动速度变大，车对凸桥的压力如何变化？
mg
FN
探究问题
问题4：汽车过凹形桥时，在最低点时，车对凸桥的压力又怎样？
FN
mg
v2
R
FN ＝mg + m
v2
R
F压＝FN ＝mg + m
v2
R
FN－mg＝m
汽车对桥的压力大于其所受重力，即处于超重
若汽车通过凹桥的速度增大，会出现什么情况？
FN ＞mg
探究问题
汽车可能压坏
凹型桥或者爆胎。
F压＝FN ＜mg
失重
超重
F压＝FN ＝mg
F压＝FN ＞mg
比较三种桥面受力的情况
二、汽车过拱形桥
汽车过拱形桥和凹形桥
二、汽车过拱形桥
例1(多选）、如图是汽车分别经过拱形桥最高点和凹形桥最低点的情形。下列说法正确的是（　　）
A．过拱形桥最高点时汽车所受支持力大于重力
B．过凹形桥最低点时汽车所受支持力大于重力C．过拱形桥最高点时汽车所受支持力小于重力
D．过凹形桥最低点时汽车所受支持力小于重力
BC
　　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？……
思考与讨论
三、航天器中的失重现象
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 .
失重
当 时，座舱对航天员的支持力FN＝0 ，航天员处于完全失重。
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？
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绕地球做圆周运动.
三、航天器中的失重现象
四、离心运动
分析下面视频中运动产生的原因（条件）？
探究问题
O
F合 = mω2r，物体做匀速圆周运动
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
1、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.
2、条件：
0 ≤F合＜mω2r
四、离心运动
链球比赛中，高速旋转的链球被放手后会飞出。汽车高速转弯时，若摩擦力不足，汽车会滑出路面。请思考：
(1)链球飞出、汽车滑出路面是因为受到了离心力吗？
(2)物体做离心运动的条件是什么？
答案　(1)不是
(2)物体受到的合力不足以提供所需的向心力。
思维扩展
用离心机把体温计的水银柱甩回玻璃泡内
制作棉花糖的原理：
内筒与洗衣机的脱水筒相似，里面加入白砂糖，加热使糖熔化成糖汁.内筒高速旋转，黏稠的糖汁就做离心运动，从内筒壁的小孔飞散出去，成为丝状到达温度较低的外筒，并迅速冷却凝固，变得纤细雪白，像一团团棉花.
四、离心运动
3、离心运动的防止
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
四、离心运动
高速转动的砂轮、飞轮等，都不得超过允许的最大转速。转速过高时，砂轮、飞轮内部分子间的相互作用力不足以提供所需向心力，离心运动会使它们破裂，酿成事故.
O
F
v
四、离心运动
例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
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.
√
例2、关于离心运动，下列说法中正确的是（　）A．物体突然受到离心力的作用，将做离心运动B．物体受的离心力大于向心力时将做离心运动C．做匀速圆周运动的物体，只要向心力的数值发生变化，就将做离心运动D．做匀速圆周运动的物体，当外界提供的向心力突然消失或变小时将做离心运动
【答案】D【详解】AB．做匀速圆周运动的物体，当提供向心力的合力不足以提供所需向心力时，将做离心运动；离心是一种现象，不存在离心力，故AB错误；C．做匀速圆周运动的物体，向心力的数值发生变化，当提供向心力的合力大于所需向心力，做向心运动；当提供向心力的合力小于所需向心力，做离心运动；故C错误。D．做匀速圆周运动的物体，当外界提供的向心力突然消失或变小时将做离心运动，D正确。故选D。
例3、如图所示，光滑的水平面上，小球m在拉力作用下做匀速圆周运动，若小球到达点时突然发生变化，下列关于小球运动的说法正确的是：（　　）
A．突然消失，小球将沿轨迹做离心运动
B．突然变小，小球将沿轨迹做离心运动
C．突然变小，小球将沿轨迹逐渐靠近圆心
D．突然变大，小球将沿轨迹逐渐靠近圆心
【答案】AD【详解】A．若F突然消失，小球不再受向心力作用，将沿线速度方向，即圆的切线方向飞出，故A正确；BC．若F突然变小，小球受的合力小于需要的向心力，小球将做离心运动，但由于力F仍然存在，故小球仍做曲线运动，即可能沿Pb方向做离心运动，故BC错误；D．若F突然变大，小球受的合力大于需要的向心力，小球将逐渐向圆心靠近，即小球将沿轨迹
逐渐靠近圆心，故D正确。故选AD。
汽车转弯
例4、 一辆汽车m=2.0×103kg在水平公路上行驶，经过半径r=50m的弯道时，如果车速度v=72km/h，这辆汽车会不会发生事故？已知轮胎与路面间的最大静摩擦力fm= 0.9×104N。
解：这辆汽车经过弯路时所需向心力
据题意，最大静摩擦力只为0.9×104N，所以汽车会发生事故。
f
例5、一辆汽车m=2.0×103kg在水平公路上行驶，经过半径r=50m的弯道时，已知轮胎与路面间的最大静摩擦力fm= 0.9×104N，求这辆汽车安全通过弯道的最大速度？
解：这辆汽车经过弯路时路面所能提供的最大向心力
汽车转弯
一、铁路的弯道
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
二、拱形桥
1．思考：汽车过拱形桥时，对桥面的压力与重力谁大
2．圆周运动中的超重、失重情况．
三、航天器中的失重现象
四、离心运动
1．离心现象的分析与讨论．
2．离心运动的应用和防止．
课堂小结

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