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(共25张PPT)
6.4 生活中的圆周运动
人教版物理（必修第二册）
第六单元 圆周运动
生活中常见的圆周运动
课堂导入
一、汽车转弯
观看视频。高速公路转弯处和场地自行车比赛的赛道，路面往往有一定的斜度。说说这样设计的原因？
路面是倾斜的
外高内低
一、火车转弯
G
N
.
F
火车车轮有突出的轮缘
外轨
内轨
问题1：火车转弯时可看做匀速圆周运动，如果火车内外轨道一样高。火车受哪些力？谁充当向心力？
靠这种办法得到的向心力缺点是什么？
2.原因分析：
由于该弹力是由轮缘和外轨的挤压产生的,且由于火车质量很大,故轮缘和外轨间的相互作用力很大,易损坏铁轨.
一、火车转弯
问题2：如何设计可以克服上述缺点？
问题3：若不受侧向轨道的弹力，谁充当向心力
一、火车转弯
质量为m的火车转弯时，做匀速圆周运动的轨道半径为r,轨道的倾角为θ，求火车速度多大时对轨道无侧向压力。
火车转弯规定临界速度:
G
Fn
N
θ
θ
r
一、火车转弯
质量为m的火车转弯时，做匀速圆周运动的轨道半径为r,轨道宽L，高度差为h，求火车速度多大时对轨道侧向无压力。
G
Fn
N
θ
θ
r
思考:(1)如果v行驶>v临界,情况如何
(2)如果v行驶一、火车转弯
如果火车在转弯处的速度大于规定速度，会对哪个轨道有挤压？如果小于呢？
1.速度过大时：
2.速度过小时：
外侧轨道与轮之间有弹力
内侧轨道与轮之间有弹力
G
Fn
N
h
L
θ
θ
r
二、汽车过拱形桥
拱形桥
（凸形桥）
凹形桥
水平桥
二、汽车过拱形桥
问题1：汽车静止在桥上与通过平桥时，受力怎样？
F压＝FN＝mg
二、汽车过拱形桥
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
v2
R
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
二、汽车过拱形桥
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
临界速度
二、汽车过拱形桥
问题4：汽车过凹形桥时，在最低点时，车对凹形桥的压力又怎样？
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
二、汽车过拱形桥
汽车对桥面的压力 超重失重状态
最高点
最低点
小结：
失重
超重
三、飞机转弯
mg
F合
F升
mg
F合
与火车转弯类似：
四、航天器中的失重现象
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？……
地球可以看作一个巨大的拱型桥，其半径就是地球半径R= 6400km，若汽车不断加速，则地面对它的支持力就会变小，汽车速度多大时，支持力会变成零FN=0？
由
得
此时司机处于完全失重状态。
三、航天器中的失重现象
问题2、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

FN－mg ＝ma
FN＞mg
问题1、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？
四、航天器中的失重现象
万有引力
问题2.什么维持近地航天器做圆周运动？
课堂小结
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
汽车过拱形桥和凹形桥
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．
航天器中的失重现象
课堂练习
1.(火车转弯问题)(多选)铁路转弯处的弯道半径r是根据地形决定的。弯道处要求外轨比内轨高,其内外轨高度差h的设计不仅与r有关,还与火车在弯道上的行驶速率v有关。下列说法正确的是(　　)
A.v一定时,r越小则要求h越大
B.v一定时,r越大则要求h越大
C.r一定时,v越小则要求h越大
D.r一定时,v越大则要求h越大
答案:AD
课堂练习
越小,故A正确,B错误。当r一定时,v越大,h越大,故C错误,D正确。
课堂练习
2.(失重现象的分析)(多选)宇航员在围绕地球做匀速圆周运动的空间站中处于完全失重状态,下列说法正确的是(　　)
A.宇航员仍受重力的作用
B.宇航员受力平衡
C.宇航员所受重力等于所需的向心力
D.宇航员不受重力的作用
答案:AC
解析:围绕地球做匀速圆周运动的空间站中的宇航员,所受重力全部提供其做圆周运动的向心力,处于完全失重状态,并非宇航员不受重力作用,A、C正确,B、D错误。
课堂练习
3.(竖直平面内的圆周运动)一轻绳系着装有水的水桶,在竖直平面内做圆周运动,水的质量m=0.5 kg,绳长l=60 cm,g取9.8 m/s2。
(1)求在最高点时水不会流出的桶的
最小速率。
(2)水在最高点的速率v=3 m/s时,
求水对桶底的压力。
答案:(1)2.42 m/s
(2)2.6 N,方向竖直向上
课堂练习
解析:(1)以水桶中的水为研究对象,在最高点恰好不流出来,说明水的重力恰好提供其做圆周运动所需的向心力,此时水的速率最小。设在最高点时的临界速率为v0,
(2)在最高点时,桶的速率v>v0,此时桶底对水有一向下的压力,
由牛顿第三定律可得,水对桶底的压力FN'=FN=2.6 N,方向竖直向上。
多谢欣赏！

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