生活中的圓周運(yùn)動(dòng) 【備課精研與知識(shí)精講】 高一下學(xué)期物理人教版（2019）必修第二冊

§6.4生活中的圓周運(yùn)動(dòng)一、火車轉(zhuǎn)彎1.車輪結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)彎軌跡平面火車的車輪上兩側(cè)都有突出的輪緣，具有導(dǎo)向和防脫軌的作用一、火車轉(zhuǎn)彎1.車輪結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)彎軌跡平面火車轉(zhuǎn)彎時(shí)認(rèn)為在水平面做圓周運(yùn)動(dòng)，軌跡圓心在水平面內(nèi)。一、火車轉(zhuǎn)彎思考：為什么鐵路彎道要設(shè)計(jì)成外軌略高于內(nèi)軌？2.火車轉(zhuǎn)彎的規(guī)律弊端分析：

火車質(zhì)量太大，靠這種辦法得到向心力，輪緣與外軌間的相互作用力太大，鐵軌和車輪極易受損。如果你是設(shè)計(jì)師，能否設(shè)計(jì)一個(gè)方案，讓火車既能安全通過彎道，又能減少軌道與輪緣的擠壓？向心力的來源由外側(cè)軌道對車輪輪緣的擠壓力提供

FFNG一、火車轉(zhuǎn)彎（1）若內(nèi)軌、外軌道等高：2.轉(zhuǎn)彎的規(guī)律2.轉(zhuǎn)彎的規(guī)律一、火車轉(zhuǎn)彎（2）外軌略高于內(nèi)軌：規(guī)定速度：若火車轉(zhuǎn)彎時(shí)只收重力和支持力，此時(shí)火車的速度為過彎的規(guī)定速度。

你能推導(dǎo)出這個(gè)速度嗎？

θOR

mgFN1F向

軌道橫向壓力分析：

輪緣向外擠壓外軌,支持力FN1和輪緣受到的橫向彈力FN2與重力的合力提供向心力，所以相比于等高軌道，傾斜軌道能夠提供的向心力更大一些，也就更安全些。但長時(shí)間作用外軌易損壞，嚴(yán)重超速會(huì)導(dǎo)致脫軌和翻車。

輪緣向內(nèi)擠壓內(nèi)軌,可減小提供的向心力，但內(nèi)軌也容易損壞。1.（拓展延伸）質(zhì)量為m=2.0×103kg的汽車在水平公路上行駛，輪胎與路面間的最大靜摩擦力為fmax=1.4×104N。汽車經(jīng)過半徑為R=50m的彎路時(shí)，車速達(dá)到v=20m/s。（1）若汽車不發(fā)生側(cè)滑，什么力提供向心力？（2）請判斷汽車是否會(huì)發(fā)生側(cè)滑？例題：汽車水平軌道轉(zhuǎn)彎二、汽車過拱形橋和凹形橋1.汽車過拱橋思考：為什么賽車經(jīng)過拱形路面時(shí)騰空而起？怎樣的速度才能安全平穩(wěn)的通過拱形路面？二、汽車過拱形橋和凹形橋關(guān)鍵：①向心力來源②圓心位置

失重！超重！

防脫軌！

若FN＝0,

防爆胎！

有一輛質(zhì)量為800kg的小汽車駛上圓弧半徑為50m的拱橋，如圖所示．汽v車到達(dá)橋頂時(shí)速度為5m/s．取重力加速度g=10m/s2．

（1）畫出汽車經(jīng)過橋頂時(shí)，在豎直方向上的受力示意圖；（2）求汽車經(jīng)過橋頂時(shí)，汽車對橋的壓力的大??；（3）汽車對橋面的壓力過小是不安全的，請分析說明汽車在經(jīng)過該拱橋時(shí)，速度大些比較安全，還是小些比較安全．

思考與討論

地球可以看作一個(gè)巨大的拱形橋，橋面的半徑就是地球的半徑R（約為6400km）。地面上有一輛汽車在行駛，所受重力G＝mg，地面對它的支持力是FN。根據(jù)上面的分析，汽車速度越大，地面對它的支持力就越小。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0？這時(shí)駕駛員與座椅之間的壓力是多少？駕駛員軀體各部分之間的壓力是多少？他這時(shí)可能有什么感覺？對宇航員，重力提供向心力：mg=mv2/r，由此可以得出此時(shí)人對座椅的壓力為零，宇航員處于完全失重狀態(tài)。三、航天器中的失重現(xiàn)象四、離心運(yùn)動(dòng)1.離心運(yùn)動(dòng)：做圓周運(yùn)動(dòng)的物體，在受到的合外力突然消失或者不足以提供做圓周運(yùn)動(dòng)所需要的向心力的情況下，將遠(yuǎn)離圓心運(yùn)動(dòng)，我們把這種運(yùn)動(dòng)稱為離心運(yùn)動(dòng)。這種現(xiàn)象稱為離心現(xiàn)象。O“供”=“需”：F合

=mω2r，物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)“供”<“需”:F合＜mω2r，物體做離心運(yùn)動(dòng)F

合=0

，物體沿切線方向飛出遠(yuǎn)離圓心，勻速直線運(yùn)動(dòng)(1)“提供的向心力”:物體所受的合力F合決定

2.離心運(yùn)動(dòng)的條件與判斷“供>需”:F合>mω2r，物體做近心運(yùn)動(dòng)3.離心運(yùn)動(dòng)的危害與防止汽車過彎側(cè)翻砂輪轉(zhuǎn)動(dòng)過快破裂旋轉(zhuǎn)雨傘甩水甩鏈球脫水桶4.離心運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用BC二.拱形橋1.汽車過拱形橋時(shí)，對橋面的壓力與重力比較。2.圓周運(yùn)動(dòng)中的超重、失重情況。三.航天器中的失重現(xiàn)象重力提供自身做圓周運(yùn)動(dòng)向心力四.離心運(yùn)動(dòng)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。課堂小結(jié)火車轉(zhuǎn)彎規(guī)定:v過大時(shí):外側(cè)軌道與輪之間有彈力v過小時(shí):內(nèi)側(cè)軌道與輪之間有彈力一.鐵路的彎道

1.向心力的來源：A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B輪緣。

2.轉(zhuǎn)彎處的半徑和火車運(yùn)行速度的條件限制。處理圓周運(yùn)動(dòng)問題的基本思路：1）找到圓周運(yùn)動(dòng)的圓平面，確定圓心找到半徑2）受力分析，找到向心力的來源；3）利用向心力公式Fn=man列方程求解

實(shí)質(zhì)是牛頓第二定律在圓周運(yùn)動(dòng)中的應(yīng)用只不過這里的加速度是向心加速度。練習(xí)1.（多選）下列有關(guān)生活中的圓周運(yùn)動(dòng)實(shí)例分析，其中說法正確的是

（

）

A．洗衣機(jī)脫水桶的脫水原理是水滴受到的離心力大于它受到的向心力，從而沿切線方向甩出