资源简介

(共27张PPT)
【教学重点】:分析具体问题中向心力的来源。
【教学难点】：各模型中对研究对象的受力分析。
人教版《物理》必修2
生活中的圆周运动
教学目标
加深对向心力的认识，会分析向心力的来源。理解铁路弯道和公路弯道及拱形桥等实际问题的设计原理。培养独立观察、合作探究、分析问题、解决问题的能力，提高概括总结知识的能力。
1
演示实验结合视频课件的同步展示，提出问题，学生猜想分析，小组探究，讨论总结。学生经历观察思考，自主探究，交流讨论等活动，能对火车转弯、汽车过拱形桥等模型受力分析并运用牛顿第二定律科学分析计算。
2
培养学生的团队精神和合作意识。通过向心力在具体问题中的应用，培养学生将物理知识应用于生活和生产实践的意识。通过生活生产实践中人类的聪明才智体会圆周运动的奥妙，培养学生学习物理知识的求知欲。
3
目标
1、物体做圆周运动时必须有力提供向心力——向心力是按效果命名的力。
2、向心力的特点
方向：总是指向圆心，作用效果只改变速度方向，由物体在半径方向上的合力提供。
大小：F=m v2/r
3、物体做圆周运动的条件：F=m v2/r，其中F为提供物体做圆周运动的力，由物体受力情况决定；m v2/r为物体做圆周运动需要的力，由物体的运动情况决定。“供需平衡”时物体做圆周运动。
知识回顾
1
火车过弯
火车过弯
火车转弯是什么力提供向心力，
产生向心加速度？
火车转弯实际是圆周运动，
因而具有向心加速度
火车过弯
（1）当铁路弯道内外轨一样高，火车受重力、支持力，外轨对轮缘的弹力。外轨对轮缘的弹力是火车转弯所需向心力的主要来源。，。但是火车质量太大，使轮缘与外轨间相互作用太大，不仅铁轨和车轮极易受损，还可能使火车侧翻。
如何解决？
（2）当外轨高内轨低时，火车受到的重力、支持力的合力提供向心力。
内外轨道倾斜角，轨道外轨高为H，内外轨道宽度为L，则：
;
很小时，;
;
则解出;
此时速度为转弯时的设计速度。
火车过弯
1
当 时，轮缘不受侧向压力，最安全的转弯速度；
2
时，轮缘受外轨向内的挤压力，外轨容易损坏；
3
当 时，轮缘受内轨向外的挤压力，内轨容易损坏。
火车过弯
当火车转弯时行驶速度大于或小于设计速度情况如何？
铁路弯道处超速是火车脱轨和翻车的主要原因。
2
汽车过桥
求汽车以速度v过半径为r的拱桥最高点时对拱桥的压力？
汽车过桥
分析，汽车受重力mg和支持力Fn的合力提供汽车做圆周运动的向心力；
则mg-Fn=mv2r;
∴Fn=mg-mv2r;
可见汽车速度越大对桥的压力越小；
v=gr时汽车对桥的压力为0（临界速度）；
由于加速度a竖直向下，属于失重现象。
当v>v临界，
汽车做什么运动？
汽车过桥
汽车飞离桥面做平抛运动。
汽车过桥
当汽车过凹桥时，求汽车以速度过半径为r的凹形路面最低点时对凹路面的压力？
分析，汽车受重力mg和支持力Fn的合力提供汽车做圆周运动的向心力；
则;
；
可见汽车速度越大对桥的压力越大；
由于加速度竖直向上，属于超重现象。
小结
拱桥：
Fn=mg-m·v /r
1
2
凹桥：
Fn=mg+m·v /r
水平路面：
Fn=mg
2
思考
地球可以看作一个巨大的拱形桥，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？
3
航天器的失重现象
航天器的失重现象
假设宇宙飞船总质量为，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，航天员质量为，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．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）。
解：分析，对于宇航员，重力提供向心力：
；
；
此时人对座椅的压力为0，宇航员处于完全失重状态。
4
离心运动
离心运动
思考
绳拴着小球在水平面做匀速圆周运动时，小球所需的向心力由绳的弹力提供，若m、r、一定，向心力。若突然松手小球将怎样运动？若绳的拉力F小于它做圆周运动所需的向心力，小球将怎样运动？
离心运动：
做圆周运动的物体，在提供的向心力突然消失，或者不足以提供圆周运动所需向心力情况下，就做逐渐远离圆心的运动。
离心运动
当F（供）=F（需向）时
圆周运动
当F（供）＜F（需向）时
离心运动
向心运动
当F（供）＞F（需向）时
离心运动
当F（供）=F（需向）时
离心运动的运用
转动雨伞甩干
洗衣机离心脱水
血液中血浆与红细胞的分离
离心运动
当F（供）=F（需向）时
离心运动的防止
高速转动的砂轮、飞轮，都不能超过允许的最大转速。
5
拓展
拓展
轻绳、圆内轨道模型
最高点：
小球恰好过最高点的条件：
绳（圆轨）对小球无作用力，T=0，
重力提供向心力，；
；
当，小球恰能通过最高点；
当，小球能通过最高点；
当，小球偏离原运动轨迹，不能通过最高点。
拓展
轻杆、圆管轨道模型
最高点：mg±T=mv2/r
[或mg±F(N)=mv2/r)]
（1） ，轻杆提供向下的拉力（圆管外壁受到挤压，提供向下的支持力）；
（2） ，重力恰好提供向心力，轻杆（圆管）对球没有力的作用；
（3） ，轻杆提供向上的支持力（圆管内壁受到挤压，提供向上的支持力）；
（4）v=0，轻杆（圆管内壁）提供向上的支持力，T=mg或F（N）=mg，恰能过最高点。
小结
（1）轻绳拉着小球在竖直平面内运动（小球在竖直放置的光滑圆轨道内侧运动）小球能过最高点的条件，最高点;
（2）小球固定在轻杆上在竖直平面内运动（小球在竖直放置的光滑圆管中运动）小球能过最高点的条件，最高点.
当F（供）=F（需向）时
课堂小结
火车转弯模型
拱桥、凹桥
航天器中的失重
离心运动
轻绳、轻杆模型
同学们再见

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