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(共39张PPT)
6.4 生活中的圆周运动
高中物理必修第二册课件
主讲老师：xxx
高中物理必修第二册课件
火车转弯
拱形桥
航天器中的超失重
火车转弯
第一部分
新课引入
01.
高中物理必修第二册课件
问题与思考：在铁路弯道处，内、外轨道的高度一样吗？为什么这样设计呢？
我们先从火车的车轮说起。
车轮的构造
02.
高中物理必修第二册课件
内外轨一样高时转弯
03.
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FN
F
G
外轨对轮缘的弹力F提供向心力F=F向
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.
怎么办？
高中物理必修第二册课件
θ
FN
G
F合
θ
转弯所需的向心力的方向是在水平方向上，而不是在与斜面平行的方向上。
O
外轨高于内轨时转弯
04.
外轨略高于内轨
定量分析
05.
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O
G
FN
F合
θ
θ
F合＝mg tanθ
轨道对轮缘无挤压，此时火车的速度为多大？
火车转弯时所需的向心力
Fn = m
v2
R
v＝ gR tanθ
若火车的速度大于或小于这个值时，轨道对轮缘有挤压吗？
两种情况的讨论
06.
高中物理必修第二册课件
当 v＞ gR tanθ ：
G
FN
θ
轮缘受到外轨向内的弹力
G
FN
θ
F
F
当 v＜ gR tanθ ：
轮缘受到内轨向外的弹力
真实的火车转弯
07.
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飞机转弯
08.
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G
F
Fn
类似于火车转弯
汽车转弯的情况是不是也类似于火车和飞机呢？
问题与思考
09.
高中物理必修第二册课件
O
mg
FN
Ff
汽车在水平地面上转弯是什么力提供向心力的呢
汽车转弯的向心力来源
10.
高中物理必修第二册课件
汽车在水平路面上转弯所需要的向心力来源:汽车侧向所受的静摩擦力。
O
mg
FN
Ff
当汽车转弯的半径一定时,汽车的速度v越大,所需的向心力也越大,静摩擦力也越大,当静摩擦力为最大静摩擦力时:
学以致用
11.
高中物理必修第二册课件
由此可见:当汽车转弯时,存在一个安全通过的最大速度,如果超过了这个速度,汽车将发生侧滑现象。
改进措施:
1.增大转弯半径
2.增加路面的粗糙程度
3.最重要的一点:司机应该减速慢行
4.增加路面高度差——外高内低
高中物理必修第二册课件
例题1
例题精选
12.
如图所示，在修筑铁路时，弯道处的外轨会略高于内轨。当火车以规定的行驶速度转弯时，内、外轨均不会受到轮缘的挤压，设此时火车的速度大小为v，重力加速度为g，两轨所在平面的倾角为θ，则下列说法不正确的是
A.该弯道的半径r＝
B.当火车质量改变时，规定的行驶速度大小不变
C.当火车速率大于v时，内轨将受到轮缘的挤压
D.当火车以规定的行驶速度转弯时，向心加速度大小为an＝gtan θ
【参考答案】C
生活实例
13.
高中物理必修第二册课件
高速路和赛道转弯处修成外高内低。
N
Fn
mg
为了保证汽车过桥时汽车和桥梁的安全，在桥梁的设计上有没有要求？
第二部分
拱形桥
三种可能形状的桥
01.
高中物理必修第二册课件
拱形桥
（凸形桥）
凹形桥
水平桥
问题与探究1
02.
高中物理必修第二册课件
问题1：汽车静止在桥上与通过平桥时，受力怎样？
F压＝FN＝mg
高中物理必修第二册课件
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，即处于失重状态
F压 ＜mg
问题与探究2
03.
高中物理必修第二册课件
问题与探究3
04.
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，车对拱桥的压力如何变化？
mg
FN
临界速度
高中物理必修第二册课件
问题4：汽车过凹形桥在最低点时，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，即处于超重状态
若汽车通过凹桥的速度增大，会出现什么情况？
F压 ＞mg
问题与探究4
05.
比较三种桥的受力
06.
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FN = G
G
FN
G
G
FN
FN
向心加速度的大小
07.
高中物理必修第二册课件
　　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？……
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例题2
例题精选
08.
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FN会变成零？
此时司机处于完全失重状态。
【解析】由
得
这里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。
第三部分
航天器中的
超失重问题
问题与探究
01.
高中物理必修第二册课件
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？
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？
超重
FN
mg
a
FN－mg ＝ma
FN＞mg
分析与解读
02.
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【解析】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 .
v2
R
FN ＝mg－m
v2
R
mg－FN＝m
FN ＜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.
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例题3
例题精选
03.
【参考答案】D
在“天宫二号”中工作的航天员可以自由悬浮在空中，处于失重状态，下列分析正确的是
A.失重就是航天员不受力的作用
B.失重的原因是航天器离地球太近，从而摆脱了地球引力的束缚
C.失重是航天器独有的现象，在地球上不可能存在失重现象
D.正是由于引力的存在，才使航天员有可能做环绕地球的圆周运动
思考与拓展
04.
高中物理必修第二册课件
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.
如果地球的引力突然消失，航天器将做什么样的运动呢？
第四部分
离心运动
离心运动
01.
高中物理必修第二册课件
定义：做圆周运动的物体，在其所受合外力突然消失，或不足以提供圆周运动所需向心力的情况下，就做逐渐远离圆心的运动，这种运动叫作离心运动。
做离心运动的条件：
理解
02.
高中物理必修第二册课件
物体做离心运动，并不是受到“离心力”作用，更不是“离心力”大于向心力，而是外界提供的向心力不足或突然消失。
离心运动不是沿着半径背离圆心的运动，而是沿着切线或曲线离心的运动。
生活中的离心运动
03.
高中物理必修第二册课件
离心抛掷
离心脱水
离心浇注
离心分离
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O
F静
v
当 时，汽车做离心运动
Fmax＜m
v2
r
生活中的离心运动
04.
规律总结
05.
高中物理必修第二册课件
当 F＝mω2r 时，物体做匀速圆周运动；
当 F＝0 时，物体沿切线方向飞出；
当 F＜mω2r 时，物体逐渐远离圆心；
当 F＞mω2r 时，物体逐渐靠近圆心。
F>mrω2
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例题4
例题精选
06.
【参考答案】C
气嘴灯安装在自行车的气嘴上，骑行速度在一定范围内会发光。一种气嘴灯的感应装置结构如图所示，一重物套在光滑杆上，并与弹簧连接，重物上的触点M与固定在B端的触点N接触后，LED灯就会发光。则下列说法正确的是（ ）
A．气嘴灯运动至最低点时处于失重状态
B．当车速较小时，重物的重力大于弹簧
的弹力，使得触点MN接触，LED灯发光
C．当车速较大时，重物受到的合力不足
以提供所需向心力，重物做离心运动，使得触点MN接触，LED灯发光
D．气嘴灯做圆周运动时，重物受到重力、弹力和向心力的作用
高中物理必修第二册课件
课堂小结
火车转弯
汽车过桥
失重现象
离心运动
当 v＜ gR tanθ ：
当 v＞ gR tanθ ：轮缘受到外轨向内的弹力
轮缘受到内轨向外的弹力
FN FN>mg:超重
做离心运动的条件：
THANKS
谢谢观看

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