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(共27张PPT)
6.4 生活中的圆周运动
1.会分析火车转弯、汽车过拱形桥等实际运动问题中向心力的来源，能解决生活中的圆周运动问题。
2.了解航天器中的失重现象及原因。
3.了解离心运动及物体做离心运动的条件，知道离心运动的应用及危害。
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
火车车轮有突出的轮缘
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。
G
N
.
F
外轨
内轨
火车转弯时，外侧车轮的轮缘挤压外轨，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来源。
1.向心力的来源
由于火车质量太大，因此需要很大的向心力，靠这种方法得到向心力，不仅铁轨和车轮极易受损，还可能使火车侧翻。
G
N
.
F
外轨
内轨
火车弯道内低外高，这样的设计有什么道理？
2、弯道处使外轨略高于内轨
火车转弯时铁轨对火车的支持力 FN 的方向不再是竖直的，而是斜向弯道的内侧，它与重力 G 的合力指向圆心，为火车转弯提供了一部分向心力。这就减轻了轮缘与外轨间的挤压。
FN
mg
F
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:
FN
mg
F
3、火车转弯时的速度
FN
mg
F
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？
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
二、汽车过拱形桥
拱形桥
（凸形桥）
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
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
汽车对桥的压力小于其所受重力，即处于失重
FN ＜mg
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？
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
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
汽车对桥的压力大于其所受重力，即处于超重
FN ＞mg
小结：
失重
超重
知识点三：航天器中的失重现象
问题1：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？……
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。
问题2：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？
FN－mg ＝ma
FN＞mg
问题3：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
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 。
FN ＝mg－ m
mg－FN＝m
超重
失重
问题4：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，若没有引力则不会绕地球做圆周运动。
问题5：当 时，座舱对航天员的支持力为多少？
航天员处于完全失重
FN＝0
四、离心运动
F合＜mω2r ，
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.
O
F合 = mω2r，
F 合= 0 ，
物体沿切线方向飞出远离圆心
物体做匀速圆周运动
物体做逐渐远离圆心的运动
2.条件：
0 ≤F合＜mω2r
F =
F <
F >
匀速圆周运动
离心运动
向心运动
3.离心运动在生活中的应用
离心抛掷
离心脱水
离心分离
离心甩干
4.离心运动的危害
在水平公路上行驶的汽车，如果转弯时速度过大，所需向心力F很大，如果大于了最大静摩擦力Fmax，汽车将做离心运动而造成事故。因此，在公路弯道，车辆不允许超过规定的速度。
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。
1.一辆汽车匀速率通过半径为R的圆弧拱形路面，关于汽车的受力情况，下列说法正确的是（ ）
A、汽车对路面的压力大小不变，总是等于汽车的重力
B、汽车对路面的压力大小不断发生变化，总是小于汽车所受重力
C、汽车的牵引力不发生变化
D、汽车的牵引力逐渐变小
BD
2.质量为m的小球，用一条绳子系着在竖直平面内做圆周运动，小球到最高点时的速度为v，到达最低点时的速度为，则小球通过上述两位置处时绳子所受的张力之差是( )
A.6mg B.5mg
C.4mg D.2mg
A
3.(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
AC
3.如图，当汽车通过拱桥顶点的速度为10 m/s时，车对桥顶的压力为车重的3/4；如果要使汽车在桥面行驶至桥顶时，恰好不受桥面支持力作用，则汽车通过桥顶的速度应为(g取10 m/s2)（　　）
A.15 m/s B.20 m/s
C.25 m/s D.30 m/s
B
4.如图所示，一条不可伸长的轻绳上端悬挂于O点，下端系一质量m＝1.0 kg的小球。现将小球拉到A点（保持绳绷直）由静止释放，当它经过B点时绳恰好被拉断，小球平抛后落在水平地面上的C点，地面上的D点与OB在同一竖直线上，已知绳长 L＝1.0 m，B点离地高度 H＝1.0 m，A、B两点的高度差 h＝0.5 m，重力加速度g取10 m/s2，不计空气阻 力，求：
（1）地面上D、C两点间的距离s；
（2）轻绳所受的最大拉力大小。
答案：(1)1.41m (2)20N

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