高中物理第五章曲线运动7生活中的圆周运动.pptx

7,生活中圆周运动,第五章,曲线运动,第1页,学习,目标,1.能定性分析火车外轨比内轨高原因，能定量分析汽车过拱形桥最高点和凹形桥最低点压力问题.,2.知道航天器中失重现象本质.,3.知道离心运动及其产生条件，了解离心运动应用和预防.,考试,要求,学考,选考,c,c,第2页,内容索引,自主预习,预习新知 扎实基础,重点探究,启迪思维 探究重点,达标检测,检测评价 达标过关,第3页,自主预习,第4页,一、铁路弯道,1.,火车在弯道上运动特点,火车在弯道上运动时做圆周运动，含有,加速度，因为其质量巨大，所以需要很,向心力,.,2.,转弯处内外轨一样高缺点,假如转弯处内外轨一样高，则由,对轮缘弹力提供向心力，这么铁轨和车轮极易受损,.,向心,大,外轨,第5页,3.,铁路弯道特点,(1),转弯处,略高于,.,(2),铁轨对火车支持力不是竖直向上，而是斜向弯道,.,(3),铁轨对火车支持力与火车所受重力协力指向轨道,，它提供了火车以要求速度行驶时,.,外轨,内轨,内侧,圆心,向心力,第6页,二、拱形桥,汽车过拱形桥,汽车过凹形桥,受力,分析,向心力,F,n,F,n,mg,F,N,F,N,mg,第7页,对桥压力,F,N,_,F,N,_,结论,汽车对桥压力 汽车重力，而且汽车速度越大，对桥压力_,汽车对桥压力 汽车重力，而且汽车速度越大，对桥压力_,小于,越小,大于,越大,第8页,三、航天器中失重现象,1.,向心力分析：宇航员受到地球引力与座舱对他支持力协力提供,向心力，,，所以,F,N,_.,2.,完全失重状态：当,v,_,时，座舱对宇航员支持力,F,N,0,，宇航员处于,状态,.,mg,F,N,完全失重,第9页,四、离心运动,1.,定义：做圆周运动物体沿切线飞出或做,圆心运动,.,2.,原因：向心力突然,或协力不足以提供,.,3.,离心运动应用和预防,(1),应用：离心干燥器；洗衣机,；离心制管技术,.,(2),预防：汽车在公路转弯处必须,；转动砂轮、飞轮转速不能太高,.,逐步远离,所需向心力,消失,脱水筒,限速行驶,第10页,答案,即学即用,1.,判断以下说法正误,.,(1)铁路弯道处，内轨高于外轨,.(,),(2),汽车行驶至拱形桥顶部时，对桥面压力等于车重,.(,),(3),汽车行驶至凹形桥底部时，对桥面压力大于车重,.(,),(4),绕地球做匀速圆周运动航天器中宇航员处于完全失重状态，故不再受重力,.(,),(5),航天器中处于完全失重状态物体所受协力为零,.(,),(6),做离心运动物体能够沿半径方向向外运动,.(,),第11页,2.,飞机由俯冲转为拉起一段轨迹可看成一段圆弧，,如图,1,所表示，飞机做俯冲拉起运动时，在最低点附近,做半径为,r,180 m,圆周运动，假如飞行员质量,m,70 kg,，飞机经过最低点,P,时速度,v,360 km,/,h,则这,时飞行员对座椅压力大小约为,_.(,g,取,10 m,/,s,2,),答案,图,1,4 589 N,解析,飞机经过最低点时，,v,360 km,/,h,100 m,/,s.,对飞行员进行受力分析，飞行员在竖直面内共受到重力,mg,和座椅支持力,F,N,两个力作用，依据牛顿第二定律得,F,N,mg,m,，所以,F,N,mg,m,70,10 N,70,N,4 589 N,，由牛顿第三定律得，飞行员对座椅压力为,4 589 N.,解析,第12页,重点探究,第13页,一、火车转弯问题,设火车转弯时运动为匀速圆周运动,.,(1),假如铁路弯道内外轨一样高，火车在转弯时向心力由什么力提供？会造成怎样后果？,答案,导学探究,答案,假如铁路弯道内外轨一样高，火车在竖直方向所受重力与支持力平衡，其向心力由外侧车轮轮缘挤压外轨，使外轨发生弹性形变，对轮缘产生弹力来提供,(,如图甲,),；因为火车质量太大，轮缘与外轨间相互作用力太大，会使铁轨和车轮极易受损,.,第14页,答案,(2),实际上在铁路弯道处外轨略高于内轨，试从向心力起源分析这么做优点,.,答案,假如弯道处外轨略高于内轨，火车在转弯时铁轨对火车支持力,F,N,方向不再是竖直，而是斜向弯道内侧，它与重力,G,协力指向圆心，为火车转弯提供一部分向心力,(,如图乙,),，从而减轻轮缘与外轨挤压,.,第15页,答案,(3),当轨道平面与水平面之间夹角为,，转弯半径为,R,时，火车行驶速度多大轨道才不受挤压？,(,重力加速度为,g,),第16页,答案,(4),当火车行驶速度,v,v,0,时，轮缘受哪个轨道压力？当火车行驶速度,v,v,0,时，重力和支持力协力提供向心力不足，此时外侧轨道对轮缘有向里侧向压力；当火车行驶速度,v,v,0,时，外轨道对轮缘有侧压力,.,(3),当火车行驶速度,v,v,0,时，内轨道对轮缘有侧压力,.,第19页,例,1,为适应国民经济发展需要，我国铁路正式实施第六次提速,.,火车转弯能够看做是做匀速圆周运动，火车速度提升易使外轨受损,.,为处理火车高速转弯时使外轨受损这一难题，你认为理论上可行办法是,A.,减小弯道半径,B.,增大弯道半径,C.,适当减小内外轨道高度差,D.,轨道半径和内外轨道高度差不变,答案,解析,第20页,解析,若火车转弯时铁轨不受挤压，即由重力和支持力协力提供向心力，火车转弯平面是水平面,.,如图所表示，由牛顿第二定律,mg,tan,m,得：,v,，所以要提速可增大转弯半径，或适当增大轨道平面倾角,，即适当增大内外轨道高度差,.,第21页,A.,路面外侧高、内侧低,B.,车速只要低于,v,0,，车辆便会向内侧滑动,C.,车速即使高于,v,0,，但只要不超出某一最高程度，车辆便不会向外侧滑动,D.,当路面结冰时，与未结冰时相比，,v,0,值变小,针对训练,(,多项选择,),公路急转弯处通常是交通事故多发地带,.,如图,3,，某公路急转弯处是一圆弧，当汽车行驶速率为,v,0,时，汽车恰好没有向公路内外两侧滑动趋势,.,则在该弯道处,答案,解析,图,3,第22页,解析,当汽车行驶速率为,v,0,时，汽车恰好没有向公路内外两侧滑动趋势，即不受静摩擦力，此时由重力和支持力协力提供向心力，所以路面外侧高、内侧低，选项,A,正确；,当车速低于,v,0,时，需要向心力小于重力和支持力协力，汽车有向内侧运动趋势，受到静摩擦力向外侧，并不一定会向内侧滑动，选项,B,错误；,当车速高于,v,0,时，需要向心力大于重力和支持力协力，汽车有向外侧运动趋势，静摩擦力向内侧，速度越大，静摩擦力越大，只有静摩擦力到达最大以后，车辆才会向外侧滑动，选项,C,正确；,由,mg,tan,m,可知，,v,0,值只与路面与水平面夹角和弯道半径相关，与路面粗糙程度无关，选项,D,错误,.,第23页,二、圆周运动中超重和失重,(1),如图甲，汽车行驶到拱形桥桥顶时：,什么力提供向心力？汽车对桥面压力有什么特点？,答案,如图甲、乙为汽车在拱形桥、凹形桥上行驶示意图，汽车行驶时能够看做圆周运动,.,第24页,答案,当汽车行驶到拱形桥桥顶时，重力与支持力协力提供向心,力，即,mg,F,N,m,；此时车对桥面压力,F,N,mg,m,，即车对桥面,压力小于车重力，汽车处于失重状态,.,第25页,答案,答案由,F,N,mg,m,可知，当汽车速度增大时，汽车对桥面压力减小，当汽车对桥面压力为零时，汽车重力提供向心力，此时汽车速度到达最大，由,mg,m,，得,v,m,，假如汽车速度超出此速度，汽车将离开桥面,.,汽车对桥面压力与车速有什么关系？汽车安全经过拱桥顶,(,不脱离桥面,),行驶最大速度是多大？,第26页,答案,答案,当汽车行驶到凹形桥最底端时，重力与支持力协力提供向心力，即,F,N,mg,m,；此时车对桥面压力,F,N,mg,m,，即车对桥面压力大于车重力，汽车处于超重状态，而且汽车速度越大，汽车对桥面压力越大,.,(2),当汽车行驶到凹形桥最底端时，什么力提供向心力？汽车对桥面压力有什么特点？,第27页,1.,拱形桥问题,(1),汽车过拱形桥,(,如图,4),汽车在最高点满足关系：,mg,F,N,m,，即,F,N,mg,m,.,当,0,v,时，,0,F,N,mg,.,当,v,时，,F,N,0,，汽车将脱离桥面做平抛运动，发生危险,.,知识深化,图,4,第28页,(2),汽车过凹形桥,(,如图,5),汽车在最低点满足关系：,F,N,mg,，即,F,N,mg,.,由此可知，汽车对桥面压力大于其本身重力，故凹形桥易被压垮，因而实际中拱形桥多于凹形桥,.,图,5,第29页,2.,绕地球做圆周运动卫星、飞船、空间站处于完全失重状态,(1),质量为,M,航天器在近地轨道运行时，航天器重力提供向心力，满足关系：,Mg,M,，则,v,.,(2),质量为,m,航天员：航天员重力和座舱对航天员支持力协力提供向心力，满足关系：,mg,F,N,.,当,v,时，,F,N,0,，即航天员处于完全失重状态,.,(3),航天器内任何物体都处于完全失重状态,.,第30页,A.,玩具车静止在拱形桥顶端时示数小一些,B.,玩具车运动经过拱形桥顶端时示数大一些,C.,玩具车运动经过拱形桥顶端时处于超重状态,D.,玩具车运动经过拱形桥顶端时速度越大,(,未离开拱形桥,),，示数越小,例,2,在较大平直木板上相隔一定距离钉几个钉子，将三合板弯曲成拱桥形卡入钉子内形成拱形桥，三合板上表面事先铺上一层牛仔布以增大摩擦，这么玩具惯性车就能够在桥面上跑起来了,.,把这套系统放在电子秤上做试验，如图,6,所表示，关于试验中电子秤示数，以下说法正确是,答案,解析,图,6,第31页,解析,玩具车运动到最高点时，受向下重力和向上支持力作用，根,据牛顿第二定律有,mg,F,N,m,，即,F,N,mg,m,mg,，依据牛顿第三定,律可知玩具车对桥面压力大小与,F,N,相等，所以玩具车经过拱形桥顶端时速度越大,(,未离开拱形桥,),，示数越小，选项,D,正确,.,第32页,例,3,如图,7,所表示，质量,m,2.0,10,4,kg,汽车以不变速率先后驶过凹形桥面和凸形桥面，两桥面圆弧半径均为,60 m,，假如桥面承受压力不超出,3.0,10,5,N,，则：,(,g,取,10 m/s,2,),答案,解析,(1),汽车允许最大速率是多少？,图,7,第33页,解析,汽车驶至凹形桥面底部时，协力向上，车对桥面压力最大；汽车驶至凸形桥面顶部时，协力向下，车对桥面压力最小,.,汽车在凹形桥底部时，由牛顿第三定律可知，桥面对汽车支持力,F,N1,3.0,10,5,N,，依据牛顿第二定律,F,N1,mg,m,，即,v,10 m/s,因为,v,mr,2,或,F,合,，,物体做半径变小近心运动，即,“,提供过分,”,，也就是,“,提供,”,大于,“,需要,”.,若,F,合,mr,2,或,F,合,，则外力不足以将物体拉回到原轨道上，而做离心运动，即,“,需要,”,大于,“,提供,”,或,“,提供不足,”.,若,F,合,0,，则物体做直线运动,.,图,8,第40页,例,4,如图,9,所表示是摩托车比赛转弯时情形，转弯处路面常是外高内低，摩托车转弯有一个最大安全速度，若超出此速度，摩托车将发生滑动,.,关于摩托车滑动问题，以下叙述正确是,答案,解析,图,9,A.,摩托车一直受到沿半径方向向外离心力作用,B.,摩托车所受外力协力小于所需向心力,C.,摩托车将沿其线速度方向沿直线滑去,D.,摩托车将沿其半径方向沿直线滑去,第41页,解析,摩托车只受重力、地面支持力和地面摩擦力作用，没有离心力，,A,项错误；,摩托车正常转弯时可看做匀速圆周运动，所受协力等于向心力，假如向外滑动，说明提供向心力即协力小于需要向心力，,B,项正确；,摩托车将在沿线速度方向与半径向外方向之间做离心曲线运动，,C,、,D,项错误,.,第42页,达标检测,第43页,1.,(,交通工具转弯问题,),中央电视台今日说法栏目报道了发生在湖南长沙某公路上离奇交通事故：在公路转弯处外侧李先生家门口，三个月内连续发生了八次大卡车侧翻交通事故,.,经公安部门和交通部门协力调查，画出现场示意图如图,10,所表示,.,为了防止卡车侧翻事故再次发生，很多人提出了提议，以下提议中不合理是,答案,1,2,3,4,5,图,10,A.,在进入转弯处设置限速标志，提醒司机不要超速转弯,B.,改进路面设计，增大车轮与路面间摩擦,C.,改造此段弯路，使弯道内侧低、外侧高,D.,将李先生家搬走,第44页,2.,(,航天器中失重现象,),(,多项选择,),航天飞机在围绕地球做匀速圆周运动过程中，关于航天员，以下说法中正确是,A.,航天员受到重力消失了,B.,航天员仍受重力作用，重力提供其做匀速圆周运动向心力,C.,航天员处于超重状态,D.,航天员对座椅压力为零,答案,1,2,3,4,5,第45页,3.,(,离心运动,),在水平公路上行驶汽车，当汽车以速度,v,运动时，车轮与路面间静摩擦力恰好等于汽车转弯所需要向心力，汽车沿如图,11,所表示圆形路径,(,虚线,)运动,.,假如汽车转弯速度大于,v,，则汽车最有可能沿哪条路径运动？,答案,1,2,3,4,5,图,11,A.,B.,C.,D.,第46页,4.,(,汽车过桥问题,),如图,12,所表示，质量为,1 t,汽车驶上一个半径为,50 m,圆形拱桥，它抵达桥顶,(,A,点,),时速度为,5 m,/,s,，此时汽车对桥面压力为,_N.,此时汽车处于,_(,填,“,超重,”,或,“,失重,”,),状态,.(,g,10 m,/,s,2,),答案,1,2,3,4,5,9 500,失重,图,12,第47页,答案,1,2,3,4,5,图,12,若汽车接下来行驶碰到一段水平路面和凹形桥面，则在,A,、,B,、,C,三点中，司机为预防爆胎，需要在抵达,_(,填,“,A,”“,B,”,或,“,C,”,),点前提前减速；为了预防汽车腾空离地，需要在抵达,_(,填,“,A,”“,B,”,或,“,C,”,),点前提前减速,.,C,A,第48页,5.,(,汽车在水平路面转弯,),高速公路转弯处弯道圆半径,R,100 m,，汽车轮胎与路面间动摩擦因数,0.225.,若路面是水平,(,假设最大静摩擦力可近似看做与滑动摩擦力相等，,g,取,10 m/s,2,).,问：,(1),汽车转弯时不发生径向滑动,(,离心现象,),所许可最大速率,v,m,为多大？,答案,解析,1,2,3,4,5,答案,15 m/s,解析,在水平路面上转弯，向心力只能由静摩擦力提供，设汽车质量为,m,，最大静摩擦力可近似看做与滑动摩擦力相等，则,F,fm,mg,，则有,m,mg,，,v,m,，代入数据可得：,v,m,15 m/s.,第49页,(2),当超出,v,m,时，将会出现什么现象？,答案,解析,1,2,3,4,5,答案,汽车将做离心运动，严重时将出现翻车事故,解析,当汽车速度超出,15 m/s,时，需要向心力,m,增大，大于提供向心力，也就是说提供向心力不足以维持汽车做圆周运动，汽车将做离心运动，严重时将会出现翻车事故,.,第50页,