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(共27張PPT)
6.4 生活中的圓周運(yùn)動
1.會分析火車轉(zhuǎn)彎、汽車過拱形橋等實(shí)際運(yùn)動問題中向心力的來源，能解決生活中的圓周運(yùn)動問題。
2.了解航天器中的失重現(xiàn)象及原因。
3.了解離心運(yùn)動及物體做離心運(yùn)動的條件，知道離心運(yùn)動的應(yīng)用及危害。
觀看視頻。高速公路轉(zhuǎn)彎處和場地自行車比賽的賽道，路面往往有一定的斜度。說說這樣設(shè)計(jì)的原因？
路面是傾斜的
外高內(nèi)低
一、火車轉(zhuǎn)彎
火車車輪有突出的輪緣
火車轉(zhuǎn)彎時可看做勻速圓周運(yùn)動，如果火車內(nèi)外軌道一樣高。
G
N
.
F
外軌
內(nèi)軌
火車轉(zhuǎn)彎時，外側(cè)車輪的輪緣擠壓外軌，外軌發(fā)生彈性形變，外軌對輪緣的彈力是火車轉(zhuǎn)彎所需向心力的來源。
1.向心力的來源
由于火車質(zhì)量太大，因此需要很大的向心力，靠這種方法得到向心力，不僅鐵軌和車輪極易受損，還可能使火車側(cè)翻。
G
N
.
F
外軌
內(nèi)軌
火車彎道內(nèi)低外高，這樣的設(shè)計(jì)有什么道理？
2、彎道處使外軌略高于內(nèi)軌
火車轉(zhuǎn)彎時鐵軌對火車的支持力 FN 的方向不再是豎直的，而是斜向彎道的內(nèi)側(cè)，它與重力 G 的合力指向圓心，為火車轉(zhuǎn)彎提供了一部分向心力。這就減輕了輪緣與外軌間的擠壓。
FN
mg
F
質(zhì)量為m的火車轉(zhuǎn)彎時，做勻速圓周運(yùn)動的軌道半徑為r,軌道的傾角為θ，求火車速度多大時對軌道無側(cè)向壓力。
火車轉(zhuǎn)彎規(guī)定臨界速度:
FN
mg
F
3、火車轉(zhuǎn)彎時的速度
FN
mg
F
如果火車在轉(zhuǎn)彎處的速度大于規(guī)定速度，會對哪個軌道有擠壓？如果小于呢？
如果火車在轉(zhuǎn)彎處的速度大于規(guī)定速度，會對哪個軌道有擠壓？
如果小于呢？
（1）速度過大時：
（2）速度過小時：
外側(cè)軌道與輪之間有彈力
內(nèi)側(cè)軌道與輪之間有彈力
二、汽車過拱形橋
拱形橋
（凸形橋）
凹形橋
水平橋
問題1：汽車靜止在橋上與通過平橋時，受力怎樣？
F壓＝FN＝mg
問題2：汽車過拱形橋時，在最高點(diǎn)時，車對凸橋的壓力又怎樣？
mg
FN
汽車對橋的壓力小于其所受重力，即處于失重
FN ＜mg
當(dāng) FN = 0 時，汽車脫離橋面，做平拋運(yùn)動，汽車及其中的物體處于完全失重狀態(tài)。
FN＝0 時，汽車的速度為多大？
問題3：汽車過拱形橋時，運(yùn)動速度變大，車對凸橋的壓力如何變化？
mg
FN
臨界速度
問題4：汽車過凹形橋時，在最低點(diǎn)時，車對凹形橋的壓力又怎樣？
FN
mg
汽車對橋的壓力大于其所受重力，即處于超重
FN ＞mg
小結(jié)：
失重
超重
知識點(diǎn)三：航天器中的失重現(xiàn)象
問題1：地球可以看做一個巨大的拱形橋，橋面的半徑就是地球的半徑，會不會出現(xiàn)這樣的情況：速度大到一定程度時，地面對車的支持力是零？這時駕駛員與座椅之間的壓力是多少？……
該“問題探究”中描述的情景其實(shí)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，不過不是在汽車上，而是在航天飛機(jī)中。
問題2：航天器在發(fā)射升空（加速上升）時，航天員處在超重還是失重狀態(tài)？
FN－mg ＝ma
FN＞mg
問題3：航天器在軌道正常運(yùn)行（繞地球做勻速圓周運(yùn)動）時，航天員處在超重還是失重狀態(tài)？
FN
mg
a
航天器繞地球做勻速圓周運(yùn)動，假設(shè)它的線速度的大小為v ，軌道半徑近似等于地球半徑R ，航天員受到的地球引力近似等于他在地面測得的體重mg 。
FN ＝mg－ m
mg－FN＝m
超重
失重
問題4：有人把航天器失重的原因說成是它離地球太遠(yuǎn)，從而擺脫了地球引力，這種說法對嗎？
上述觀點(diǎn)是錯誤。正是由于地球引力的存在，才使航天器連同其中的人和物體環(huán)繞地球做圓周運(yùn)動，若沒有引力則不會繞地球做圓周運(yùn)動。
問題5：當(dāng) 時，座艙對航天員的支持力為多少？
航天員處于完全失重
FN＝0
四、離心運(yùn)動
F合＜mω2r ，
1.定義：做勻速圓周運(yùn)動的物體，在所受合力突然消失，或者不足以提供圓周運(yùn)動所需的向心力時，做逐漸遠(yuǎn)離圓心的運(yùn)動，這種運(yùn)動叫做離心運(yùn)動.
O
F合 = mω2r，
F 合= 0 ，
物體沿切線方向飛出遠(yuǎn)離圓心
物體做勻速圓周運(yùn)動
物體做逐漸遠(yuǎn)離圓心的運(yùn)動
2.條件：
0 ≤F合＜mω2r
F =
F <
F >
勻速圓周運(yùn)動
離心運(yùn)動
向心運(yùn)動
3.離心運(yùn)動在生活中的應(yīng)用
離心拋擲
離心脫水
離心分離
離心甩干
4.離心運(yùn)動的危害
在水平公路上行駛的汽車，如果轉(zhuǎn)彎時速度過大，所需向心力F很大，如果大于了最大靜摩擦力Fmax，汽車將做離心運(yùn)動而造成事故。因此，在公路彎道，車輛不允許超過規(guī)定的速度。
高速轉(zhuǎn)動的砂輪、飛輪等，都不得超過允許的最大轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速過高時，砂輪、飛輪內(nèi)部分子間的相互作用力不足以提供所需向心力，離心運(yùn)動會使它們破裂，釀成事故。
1.一輛汽車勻速率通過半徑為R的圓弧拱形路面，關(guān)于汽車的受力情況，下列說法正確的是（ ）
A、汽車對路面的壓力大小不變，總是等于汽車的重力
B、汽車對路面的壓力大小不斷發(fā)生變化，總是小于汽車所受重力
C、汽車的牽引力不發(fā)生變化
D、汽車的牽引力逐漸變小
BD
2.質(zhì)量為m的小球，用一條繩子系著在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動，小球到最高點(diǎn)時的速度為v，到達(dá)最低點(diǎn)時的速度為，則小球通過上述兩位置處時繩子所受的張力之差是( )
A.6mg B.5mg
C.4mg D.2mg
A
3.(多選)宇航員在圍繞地球做勻速圓周運(yùn)動的空間站中處于完全失重狀態(tài),下列說法正確的是(　　)
A.宇航員仍受重力的作用
B.宇航員受力平衡
C.宇航員所受重力等于所需的向心力
D.宇航員不受重力的作用
AC
3.如圖，當(dāng)汽車通過拱橋頂點(diǎn)的速度為10 m/s時，車對橋頂?shù)膲毫檐囍氐?/4；如果要使汽車在橋面行駛至橋頂時，恰好不受橋面支持力作用，則汽車通過橋頂?shù)乃俣葢?yīng)為(g取10 m/s2)（　　）
A.15 m/s B.20 m/s
C.25 m/s D.30 m/s
B
4.如圖所示，一條不可伸長的輕繩上端懸掛于O點(diǎn)，下端系一質(zhì)量m＝1.0 kg的小球。現(xiàn)將小球拉到A點(diǎn)（保持繩繃直）由靜止釋放，當(dāng)它經(jīng)過B點(diǎn)時繩恰好被拉斷，小球平拋后落在水平地面上的C點(diǎn)，地面上的D點(diǎn)與OB在同一豎直線上，已知繩長 L＝1.0 m，B點(diǎn)離地高度 H＝1.0 m，A、B兩點(diǎn)的高度差 h＝0.5 m，重力加速度g取10 m/s2，不計(jì)空氣阻 力，求：
（1）地面上D、C兩點(diǎn)間的距離s；
（2）輕繩所受的最大拉力大小。
答案：(1)1.41m (2)20N

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