新教材人教版高中物理必修第二冊 6.4生活中的圓周運(yùn)動(dòng) 教學(xué)課件

1、第六章 圓周運(yùn)動(dòng)6.4 生活中的圓周運(yùn)動(dòng)1能根據(jù)所學(xué)知識分析生活中的各種圓周運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象，在此過程中體會(huì)模型建構(gòu)的方法。2知道航天器中的失重現(xiàn)象。3觀察生活中的離心現(xiàn)象，知道離心運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的原因，了解其在生活中的應(yīng)用，并知道離心運(yùn)動(dòng)所帶來的危害。學(xué)習(xí)目標(biāo)問題1同學(xué)們，你們了解有關(guān)高鐵技術(shù)的一些參數(shù)么？觀察下表，試找出高鐵時(shí)速與最小曲線半徑的規(guī)律？新課導(dǎo)入問題2在鐵路彎道處，內(nèi)、外軌道的高度一樣嗎？0102火車轉(zhuǎn)彎汽車過拱形橋和凹形橋03航天器的失重現(xiàn)象04離心運(yùn)動(dòng)04豎直面內(nèi)圓周運(yùn)動(dòng)的臨界問題新課講解一、火車轉(zhuǎn)彎車輪的構(gòu)造火車車輪有突出的輪緣一、火車轉(zhuǎn)彎 正常行駛時(shí)，火車軌道的內(nèi)外軌是一樣高的。如果

2、在火車轉(zhuǎn)彎時(shí)，火車在這樣的軌道上行駛會(huì)發(fā)生什么？FNG外軌對輪緣的彈力F提供向心力,F=F向火車質(zhì)量很大,故輪緣和外軌間的相互作用力很大,易損壞鐵軌.問題1一、火車轉(zhuǎn)彎如果外軌略高于內(nèi)軌，情況又如何呢？mgF合12再以火車為研究對象進(jìn)行受力分析，確定提供的向心力大小.通過對比發(fā)現(xiàn)，如果使外軌略高于內(nèi)軌，火車轉(zhuǎn)彎時(shí)鐵軌對火車的支持力與重力的合力指向圓心，提供了一部分向心力，這就減輕了輪緣與外軌間的擠壓。問題2先確定軌道平面，是1，還是2？我們?nèi)绾斡?jì)算這種情況下的向心力呢？一、火車轉(zhuǎn)彎火車轉(zhuǎn)彎的臨界速度的推導(dǎo)我們先假設(shè)火車某次過傾角為的彎道時(shí)，火車與軌道之間沒有擠壓，求此時(shí)的速度v0：mgF合hL

3、火車轉(zhuǎn)彎的向心力由重力與軌道對火車的支持力提供根據(jù)向心力公式：比較小時(shí)聯(lián)立，解得01一、火車轉(zhuǎn)彎火車轉(zhuǎn)彎時(shí)速度和輪緣與軌道之間的相互作用由以上分析可以看到，根據(jù)彎道半徑和規(guī)定的行駛速度，選擇合適的內(nèi)外軌的高度差h ,可以使火車轉(zhuǎn)彎時(shí)所需向心力幾乎完全由重力和支持力的合力提供.（3）如果火車行駛速度vv0mgF合F1F2輪緣受到外軌向內(nèi)的擠壓力, 外軌易損壞。（1）如果火車行駛速度v=v0輪緣不受側(cè)向壓力,最安全的轉(zhuǎn)彎速度。輪緣受到內(nèi)軌向外的擠壓力, 內(nèi)軌易損壞。鐵路彎道處超速是火車脫軌和翻車的主要原因。02一、火車轉(zhuǎn)彎觀看視頻。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

4、樣設(shè)計(jì)的原因？問題3一、火車轉(zhuǎn)彎例題1 (多選)公路急轉(zhuǎn)彎處通常是交通事故多發(fā)地帶如圖所示，某公路急轉(zhuǎn)彎處是一圓弧，當(dāng)汽車行駛的速率為v0時(shí)，汽車恰好沒有向公路內(nèi)外兩側(cè)滑動(dòng)的趨勢則在該彎道處()A路面外側(cè)高、內(nèi)側(cè)低B車速只要低于v0，車輛便會(huì)向內(nèi)側(cè)滑動(dòng)C車速雖然高于v0，但只要不超出某一最高限度，車輛便不會(huì)向外側(cè)滑動(dòng)D當(dāng)路面結(jié)冰時(shí)，與未結(jié)冰時(shí)相比，v0的值變小AC二、汽車過拱形橋和凹形橋生活中，常見橋有很多種，下面先討論經(jīng)過拱形橋的情景。汽車過拱形橋質(zhì)量為m的汽車在拱形橋上以速度v行駛，若橋面的圓弧半徑為R，試畫出受力分析圖，分析汽車通過橋的最高點(diǎn)時(shí)對橋的壓力 mgFNa由牛頓第三定律得，汽車

5、通過橋的最高點(diǎn)時(shí)對橋的壓力： 01二、汽車過拱形橋和凹形橋汽車過凹形橋下面先討論經(jīng)過凹形橋的情景。下面自己分析汽車通過凹形橋最低點(diǎn)時(shí)，汽車對橋的壓力比汽車的重力大些還是小些?mgFNa由牛頓第三定律得，汽車通過橋的最高點(diǎn)時(shí)對橋的壓力 02二、汽車過拱形橋和凹形橋用模擬實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證分析二、汽車過拱形橋和凹形橋汽車對橋面的壓力超重失重狀態(tài)最高點(diǎn)最低點(diǎn)小結(jié)：失重超重例題2二、汽車過拱形橋和凹形橋B三、航天器中的失重現(xiàn)象 地球可以看做一個(gè)巨大的拱形橋，橋面的半徑就是地球的半徑.會(huì)不會(huì)出現(xiàn)這樣的情況：速度大到一定程度時(shí)，地面對車的支持力是零？這時(shí)駕駛員與座椅之間的壓力是多少？問題1該“問題探究”中描述的情景

6、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 二、汽車過拱形橋和凹形橋航天器在發(fā)射升空（加速上升）時(shí)，航天員處在超重還是失重狀態(tài)？問題2FNmg maFNmg航天器在軌道正常運(yùn)行（繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)）時(shí)，航天員處在超重還是失重狀態(tài)？FNmga問題3航天器繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，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 .v2rFN mgmv2RmgFNm超重失重三、航天器中的失重現(xiàn)象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？問題4上述觀點(diǎn)是錯(cuò)誤。正是由于地球引力的存在，才使航天器連同其中的

7、人和物體環(huán)繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)。若沒有引則不會(huì)繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)。問題5當(dāng) 時(shí)，座艙對航天員的支持力為多少？航天員處于完全失重。四、離心運(yùn)動(dòng)如果旋轉(zhuǎn)桌子的速度較小，物品能隨著桌子一起轉(zhuǎn)動(dòng)；如果速度變大，物體將會(huì)“飛出去”，這是什么原因呢？四、離心運(yùn)動(dòng)將生活中的場景，抽象為物理模型靜摩擦力提供了向心力，如果最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力mgFNf當(dāng)vv0，合力不足以提供物體做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，物體將遠(yuǎn)離圓心，而 “飛出去”。00四、離心運(yùn)動(dòng)OF合 = m2r，物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)F合m2r ，物體做逐漸遠(yuǎn)離圓心的運(yùn)動(dòng)F 合= 0 ，物體沿切線方向飛出遠(yuǎn)離圓心 定義：做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體，在所受合力突然消失，

8、或者不 足以提供圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力時(shí)，做逐漸遠(yuǎn)離圓心的 運(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)叫做離心運(yùn)動(dòng).條件：0 F合m2r供需0102四、離心運(yùn)動(dòng)離心拋擲離心脫水離心分離離心甩干離心運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用03四、離心運(yùn)動(dòng)要使原來作勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體作離心運(yùn)動(dòng)，該怎么辦？（1）提高轉(zhuǎn)速，使所需向心力增大到大于物體所受合外力.（2）減小合外力或使其消失.供需供需離心運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用03四、離心運(yùn)動(dòng)OF靜v在水平公路上行駛的汽車，轉(zhuǎn)彎時(shí)所需的向心力是由車輪與路面的靜摩擦力提供的.如果轉(zhuǎn)彎時(shí)速度過大，所需向心力Fn大于最大靜摩擦力Fmax （Fmax不足以提供向心力），汽車將做離心運(yùn)動(dòng)而造成交通事故.因此，在公路彎道處，車輛行駛不允許

9、超過規(guī)定的速度.當(dāng) 時(shí)，汽車做離心運(yùn)動(dòng) Fmaxmv2r離心運(yùn)動(dòng)的防止04要防止離心現(xiàn)象發(fā)生，該怎么辦？（1）減小物體運(yùn)動(dòng)的速度，使物體作圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)所需的向心力減小.（2）增大合外力，使其達(dá)到物體作圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)所需的向心力.供0就可以通過最高點(diǎn)。（2） 當(dāng) ，F(xiàn)N為支持力，方向豎直向上，且隨著速度增大而減小。（3）當(dāng) ，F(xiàn)N=0。（4）當(dāng) ，F(xiàn)N為拉力，方向豎直向下，且隨著速度增大而增大。02四、豎直面內(nèi)圓周運(yùn)動(dòng)的臨界問題 如圖所示，一個(gè)小球沿豎直固定的光滑圓形軌道的內(nèi)側(cè)做圓周運(yùn)動(dòng)，圓形軌道的半徑為R，小球可看作質(zhì)點(diǎn)，則關(guān)于小球的運(yùn)動(dòng)情況，下列說法正確的是（ ） A. 小球的線速度方向時(shí)刻在變化

10、，但總在圓周切線方向上B. 小球通過最高點(diǎn)的速度可以等于0C. 小球線速度的大小可以小于 D. 小球線速度的大小總大于或等于 例題4AD四、豎直面內(nèi)圓周運(yùn)動(dòng)的臨界問題BC 例題51討論向心力的來源2外軌高于內(nèi)軌時(shí)重力與支持力的合力是使火車轉(zhuǎn)彎的向心力3討論：為什么轉(zhuǎn)彎處的半徑和火車運(yùn)行速度有條件限制?生活中的圓周運(yùn)動(dòng)鐵路的彎道1離心現(xiàn)象的分析與討論2離心運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用和防止 汽車過拱形橋和凹形橋1思考：汽車過拱形橋時(shí)，對橋面的壓力 與重力誰大?2圓周運(yùn)動(dòng)中的超重、失重情況航天器中的失重現(xiàn)象離心運(yùn)動(dòng)豎直面內(nèi)圓周運(yùn)動(dòng)的臨界問題1輕繩模型2輕桿模型課堂小結(jié)1、火車以半徑R= 900 m轉(zhuǎn)彎，火車質(zhì)量為8

11、105kg ，速度為30m/s，火車軌距l(xiāng)=1.4 m，要使火車通過彎道時(shí)僅受重力與軌道的支持力，軌道應(yīng)該墊的高度h？（較小時(shí)tan=sin）由力的關(guān)系得：由向心力公式得：由幾何關(guān)系得：解：=0.14mFNmgF當(dāng)堂小練2、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 3、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(dòng)，小球到最高點(diǎn)時(shí)的速度為v，到達(dá)最低點(diǎn)時(shí)的速度為 ，則小球通過上述兩位置處時(shí)繩子所受的張力之差是( ) A.6mg B.5mg C.4mg D.2mgA4.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m1.0 kg的小球?，F(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(shí)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 L1.0 m，B點(diǎn)離地高度 H1 .0 m，A、B兩點(diǎn)的高度差 h0.5 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