資源簡介

(共35張PPT)
第六章 圓周運動
4 生活中的圓周運動
1. 能定性分析火車外軌比內軌高的原因。
2. 能定量分析汽車過拱形橋最高點和凹形橋最低點的壓力問題。
3. 知道航天器中的失重現象的本質。
4. 知道離心運動及其產生條件，了解離心運動的應用和防止。
5. 會用牛頓第二定律分析圓周運動。
教學目標
物體做勻速圓周運動時需要什么力？誰來提供？
復習回顧
需要向心力，由合力提供向心力
方向：
大小：
總是指向圓心
向心力的特點？
什么叫向心加速度？其物理意義？公式如何？
定義：物體做勻速圓周運動時總指向圓心的加速度。
物理意義：描述速度方向變化快慢的物理量
大小：
綠皮車的記憶
新課引入
問題1：火車車輪與鐵軌的構造是怎樣的？
一、火車轉彎
輪緣
新課講授
問題2：如果火車在水平彎道上轉彎，試分析其受力情況及向心力的來源。
G
FN
F
外軌對輪緣的彈力
G
FN
.
F
θ
FN
在轉彎處外軌略高于內軌
G
O
F合
θ
火車轉彎所需的向心力的
方向是在水平方向上還是在與斜面平行的方向上？
O
G
FN
F合
θ
θ
F合＝mg tanθ
火車的速度大于或小于這個值時，軌道對輪緣有擠壓嗎？
軌道對輪緣無擠壓，此時火車的速度為多大？
火車轉彎時所需的向心力
2、當 時：
1、當 時：
G
FN
θ
G
FN
θ
F
F
輪緣受到內軌向外的彈力
輪緣受到外軌向內的彈力
賽道和高速公路轉彎處也是外高內低， 并且超車道比主車道更加傾斜。
思維拓展
典例分析
例1. 火車以半徑 R = 900 m 轉彎，火車質量為 8×105 kg ，速度為 30 m/s，火車軌距 d =1.4 m，要使火車通過彎道時僅受重力與軌道的支持力，軌道應該墊的高度 h 為多少？( θ 較小時 tan θ = sin θ )
θ
FN
mg
F
θ
h
由力的關系得:
由向心力公式得:
由幾何關系得:
由于 θ 很小，所以 tan θ ≈ sin θ
m
d
各種凸形橋
二、汽車過拱形橋
新課講授
新課講授
公路上的拱形橋是常見的，汽車過橋時，也可以看做圓周運動。
那么是什么力提供汽車的向心力呢？不同面受力有什么不同？
各種凹形橋
問題1：汽車過拱形橋時，在最高點時，車對凸橋的壓力又怎樣？
mg
FN
v2
R
v2
R
FN ＝mg－m
v2
R
F壓＝FN ＝mg－m
汽車對橋的壓力小于其所受重力，即處于失重
FN ＜mg
mg－FN＝m
v2
R
mg＝m
當 FN = 0 時，汽車脫離橋面，做平拋運動，汽車及其中的物體處于完全失重狀態
v2
R
FN ＝mg－m
問題2：汽車過拱形橋時，運動速度變大，車對凸橋的壓力如何變化？
mg
FN
v＝
FN＝0 時，汽車的速度為多大？
FN
mg
v2
R
FN ＝mg + m
v2
R
F壓＝FN ＝mg + m
v2
R
FN－mg＝m
汽車對橋的壓力大于其所受重力，即處于超重
FN ＞mg
若汽車通過凹橋的速度增大，會出現什么情況？
問題3：汽車過凹形橋時，在最低點時，車對凹橋的壓力又怎樣？
用模擬實驗驗證分析
注意觀察指針的偏轉大小
典例分析
例2.一輛汽車勻速率通過半徑為R的圓弧拱形路面，關于汽車的受力情況，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生變化，總是小于汽車所受重力
C、汽車的牽引力不發生變化
D、汽車的牽引力逐漸變小
BD
思考與討論：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。會不會出現這樣的情況：速度大到一定程度時，地面對車的支持力為零？這時駕駛員與座椅之間的壓力是多少？
三、航天器中的失重現象
新課講授
當 時，座艙對他的支持力 FN = 0，航天員處于完全失重狀態。
在繞地球做勻速圓周運動的宇宙飛船中的宇航員，除了地球引力外，還可能受到飛船座艙對他的支持力 FN ：
失重
典例分析
例3.人造地球衛星繞地球做勻速圓周運動，下列說法中正確的有 (　　)
A．可以用天平測量物體的質量
B．可以用水銀氣壓計測艙內的氣壓
C．可以用彈簧測力計測拉力
D．在衛星內將重物掛于彈簧測力計上，彈簧測力計示數為零，但重物仍受地球的引力
CD
四、離心運動
分析上面視頻中運動產生的原因（條件）？
新課講授
設質量為m的物體，沿半徑為R的圓周做勻速圓周運動，線速度為v，運動中受到指向圓心的外力的合力為F，如圖所示．
勻速圓周運動
(1)如果合外力F恰好等于向心力，即F＝F向心，物體將怎樣運動？
(2)如果運動中合外力F突然消失，即F＝0，
物體將怎樣運動？
保持勻速直線
慣性
(3)假設運動中合外力F減小了，即F離心運動
O
F合＜mω2r ，物體做逐漸遠離圓心的運動
F 合= 0 ，物體沿切線方向飛出遠離圓心
1、定義：做勻速圓周運動的物體，在所受合力突然消失，或者不足以提供圓周運動所需的向心力時，做逐漸遠離圓心的運動，這種運動叫做離心運動.
2、條件：
0 ≤F合＜mω2r
F合 = mω2r，物體做勻速圓周運動
離心拋擲
離心脫水
離心分離
離心甩干
3、離心運動的應用
賽道設計
交通限速
4、離心運動的危害與防止
典例分析
例4. 關于離心現象，下列說法不正確的是(　　)
A．脫水桶、離心分離器是利用離心現象工作的
B．汽車轉彎時限制速度可以防止離心現象造成的危害
C．做圓周運動的物體，當向心力來源突然增大時做離心運動
D．做圓周運動的物體，當合外力消失時，它將沿切線做勻速直線運動
§5.8生活中的圓周運動
一、水平面上的圓周運動
火車轉彎
二、豎直面內的圓周運動
拱形橋（臨界條件）
凹形橋
過山車（臨界條件）
一、火車轉彎
二、拱形橋
1. 拱形橋
2. 凹形橋
三、航天器中的失重現象
四、離心運動
火車轉彎時所需的向心力
v2
R
mg－FN＝m
v2
R
FN －mg ＝m
課堂小結
§6.4 生活中的圓周運動
1.下列關于離心現象的說法正確的是(　　)
A．當物體所受的離心力大于向心力時產生離心現象
B．做勻速圓周運動的物體，當它所受的一切力都消失時，它將做背離圓心的圓周運動
C．做勻速圓周運動的物體，當它所受的一切力都突然消失時，它將沿切線做勻速直線運動
D．做勻速圓周運動的物體，當它所受的一切力都突然消失時，它將做曲線運動
C
鞏固練習
2.物體m用細繩通過光滑的水平板上的小孔與裝有細沙的漏斗M相連，并且正在做勻速圓周運動，如圖所示，如果緩慢減小M的質量，則物體的軌道半徑R，角速度ω變化情況是(　　)
A．R不變，ω變小
B．R增大，ω減小
C．R減小，ω增大
D．R減小，ω不變
兩個模型：
M受力平衡
m做圓周運動
m做離心運動
M 做新的圓周運動
B
3. 有一列重為100 t的火車，以72 km/h的速率勻速通過一個內外軌一樣高的彎道，軌道半徑為400 m.(g取10 m/s2)
(1)試計算鐵軌受到的側壓力；
(2)若要使火車以此速率通過彎道，且使鐵軌受到的側壓力為零，我們可以適當傾斜路基，試計算路基傾斜角度θ的正切值.
FN
mg
3. 有一列重為100 t的火車，以72 km/h的速率勻速通過一個內外軌一樣高的彎道，軌道半徑為400 m.(g取10 m/s2)
(1)試計算鐵軌受到的側壓力；
(2)若要使火車以此速率通過彎道，且使鐵軌受到的側壓力為零，我們可以適當傾斜路基，試計算路基傾斜角度θ的正切值.
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