高中物理4 生活中的圆周运动课堂教学ppt课件

这是一份高中物理4 生活中的圆周运动课堂教学ppt课件，共56页。PPT课件主要包含了目标体系构建，课前预习反馈，向心力，mg－FN，FN－mg，支持力，远离圆心，课内互动探究，探究一，特别提醒等内容，欢迎下载使用。
第四节　生活中的圆周运动
【学习目标】1．会分析汽车、火车转弯时的向心力来源。2．会分析汽车过凸形桥和凹形桥时的向心力来源。3．会分析航天器中的失重现象，弄清现象的本质。4．知道离心运动，会分析原因、应用和危害。
火车转弯1．火车在弯道上的运动特点：火车在弯道上运动时做圆周运动，具有________加速度，由于其质量巨大，因此需要很大的__________。2．转弯处内外轨一样高的缺点：如果转弯处内外轨一样高，则由________对轮缘的弹力提供向心力，这样铁轨和车轮极易受损。
3．铁路弯道的特点：①转弯处________略高于________。②铁轨对火车的支持力不是竖直向上的，而是斜向弯道________。③铁轨对火车的支持力与火车所受重力的合力指向________，它提供了火车以规定速度行驶时的__________。
离心运动1．定义：物体沿切线飞出或做逐渐____________的运动。2．原因：向心力突然消失或合外力不足以提供所需的__________。3．离心运动的利用①洗衣机________；②炼钢厂制作无缝钢管；③医务人员从血液中________血浆和红细胞。
4．离心运动的危害①若汽车转弯时速度过大，车轮在路面上________易造成交通事故。②若转动的砂轮、飞轮转速过高，离心运动会使它们________，酿成事故。
『判一判』(1)铁路的弯道处，内轨高于外轨。(　　)(2)汽车行驶至凸形桥顶部时，对桥面的压力等于车重。(　　)(3)汽车行驶至凹形桥底部时，对桥面的压力大于车重。(　　)(4)绕地球做匀速圆周运动的航天器中的宇航员处于完全失重状态，故不再具有重力。(　　)(5)航天器中处于完全失重状态的物体所受合力为零。(　　)(6)做离心运动的物体可以沿半径方向运动。(　　)
×　×　√　×　×　×　
『选一选』通过阅读课本，几个同学对生活中的圆周运动的认识进行交流。甲说：“洗衣机甩干衣服的道理就是利用了水在高速旋转时会做离心运动。”乙说：“火车转弯时，若行驶速度超过规定速度，则内轨与车轮会发生挤压。”丙说：“汽车过凸形桥时要减速行驶，而过凹形桥时可以较大速度行驶。”丁说，“我在游乐园里玩的吊椅转得越快，就会离转轴越远，这也是利用了离心现象。”你认为正确的是(　　)A．甲和乙　　　　　　　B．乙和丙C．丙和丁D．甲和丁
解析：甲和丁所述的情况都是利用了离心现象，D正确；乙所述的情况，外轨会受到挤压，汽车无论是过凸形桥还是凹形桥都要减速行驶，A、B、C选项均错。
答案：会　零　零　感到全身都飘起来了
火车在铁轨上转弯可以看作是做匀速圆周运动，火车速度提高易使外轨受损。如何解决火车高速转弯时使外轨受损这一难题呢？
提示：火车速度提高，容易挤压外轨，损坏外轨。火车转弯时的向心力由重力和支持力的合力提供，可适当增大转弯半径或者增加内、外轨的高度差。
1．火车车轮的特点火车的车轮有凸出的轮缘，火车在铁轨上运行时，车轮与铁轨有水平与竖直两个接触面，这种结构特点，主要是避免火车运行时脱轨，如图所示。
2．火车弯道的特点弯道处外轨高于内轨，火车在行驶过程中，重心高度不变，即火车的重心轨迹在同一水平面内，火车的向心加速度和向心力均沿水平面指向圆心。
3．火车转弯的向心力来源火车速度合适时，火车只受重力和支持力作用，火车转弯时所需的向心力完全由支持力和重力的合力来提供。如图所示。
4．轨道轮缘压力与火车速度的关系(1)当火车行驶速率v等于规定速度v0时，内、外轨道对轮缘都没有侧压力。(2)当火车行驶速度v大于规定速度v0时，火车有离心运动趋势，故外轨道对轮缘有侧压力。(3)当火车行驶速度v小于规定速度v0时，火车有向心运动趋势，故内轨道对轮缘有侧压力。
汽车、摩托车赛道拐弯处，高速公路转弯处设计成外高内低，也是尽量使车受到的重力和支持力的合力提供向心力，以减小车轮与路面之间的横向摩擦力。
　　　　铁路转弯处的圆弧半径是300 m，轨距是1.435 m，规定火车通过这里的速度是72 km/h，内外轨的高度差应该是多大，才能使铁轨不受轮缘的挤压？保持内外轨的这个高度差，如果车的速度大于或小于72 km/h，会分别发生什么现象？说明理由。
解析：火车在转弯时所需的向心力在“临界”状况时由火车所受的重力和轨道对火车的支持力的合力提供。如图所示，图中h为内外轨高度差，L为轨距。
讨论：(1)如果车速v＞72 km/h(20 m/s)，F将小于需要的向心力，所差的力仍需由外轨对轮缘的弹力来弥补。这样就出现外侧车轮的轮缘向外挤压外轨的现象。(2)如果车速v＜72 km/h，F将大于需要的向心力。超出的力则由内轨对内侧车轮缘的压力来平衡，这样就出现了内侧车轮的轮缘向外挤压内轨的现象。
点评：临界值是圆周运动中经常考查的一个重点内容，它是物体在做圆周运动过程中，发生质变的数值或使物体受力情况发生变化的关键数值，今后要注意对临界值的判断和应用。
1．(多选)铁道转弯处内、外铁轨间设计有高度差，可以使火车顺利转弯，下列说法中正确的是(　　)A．主要是为了减少车轮与铁轨间的摩擦B．主要是为了减少轮缘与铁轨间的挤压C．内轨应略高于外轨D．重力和支持力的合力为火车转弯提供了向心力解析：铁道转弯处，轨道设计成外轨高于内轨，目的是让重力和弹力的合力提供向心力，避免轨道对车轮产生侧向挤压力，以保护内轨和外轨。故A、C错，B、D对。
如图所示，在某次军事演习中，一辆战车以恒定的速度在起伏不平的路面上行进，战车在哪一点对路面的压力最大？在哪一点对路面的压力最小呢？
提示：战车在B点时对路面的压力最大，在A点时对路面压力最小。
关于汽车过桥问题，用图表概括如下：
　　　　如图所示，质量m＝2.0×104 kg的汽车以不变的速率先后驶过凹形桥面和凸形桥面，两桥面的圆弧半径均为60 m，如果桥面承受的压力不得超过3.0×105 N则：
(1)汽车允许的最大速率是多少？(2)若以所求速度行驶，汽车对桥面的最小压力是多少？(g取10 m/s2)
思路引导：在汽车经过拱形桥或类似的物体经过竖直曲线做圆周运动的问题中，一般在轨道的最低点和最高点分析受力列方程，无论该类题目的具体内容如何，通过分析受力，找出提供的向心力列方程求解是最基本的方法。解析：汽车在拱桥上运动时，对凹形桥的压力大于其重力，而对凸形桥则压力小于重力。由此可知，对凹形桥则存在一个允许最大速率，对凸形桥则有最小压力。可根据圆周运动知识，在最低点和最高点列方程求解。
汽车驶至凹面的底部时，合力向上，此时车对桥面压力最大；汽车驶至凸面的顶部时，合力向下，此时车对桥面的压力最小。
2．(2020·广东省佛山一中高一下学期检测)如图，是用模拟实验来研究汽车通过拱形桥的最高点时对桥面的压力。在较大的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加摩擦，这样玩具惯性车就可以在桥面上跑起来了。把这套系统放在电子秤上做实验，关于实验中电子秤的示数下列说法正确的是(　　)
A．玩具车静止在拱桥顶端时的示数小一些B．玩具车运动通过拱桥顶端时的示数大一些C．玩具车运动通过拱桥顶端时处于超重状态D．玩具车运动通过拱桥顶端时速度越大(未离开拱桥)，示数越小解析：玩具车通过拱桥顶端时处于失重状态，速度越大示数越小，故选项D正确。
同学们小的时候都吃过松软可口的“棉花”糖，制作“棉花”糖的器具主要由分布有小孔的内筒和外筒组成，内筒与洗衣机的脱水筒相似，可以在脚的踏动下旋转。在内筒里面加入白砂糖，加热使糖熔化成糖汁。如图所示，一个师傅正在给两位小朋友制作“棉花”糖。试分析制作“棉花”糖的原理。
提示：内筒高速旋转时，黏稠的糖汁就做离心运动，从内筒壁的小孔飞散出去成为丝状，到达温度较低的外筒时，迅速冷却凝固，变得纤细雪白，像一团团棉花。
1．离心运动的实质离心运动是物体逐渐远离圆心的运动，它的本质是物体惯性的表现。做圆周运动的物体，总是有沿着圆周切线飞出去的趋势，之所以没有飞出去，是因为受到向心力作用的缘故。
2．物体做离心运动的条件做圆周运动的物体，一旦提供向心力的外力突然消失，或者外力不能提供足够的向心力时，物体做远离圆心的运动，即离心运动。3．离心运动的受力特点物体做离心运动并不是物体受到离心力作用，而是由于外力不能提供足够的向心力。所谓“离心力”也是由效果命名的，实际并不存在。
思路引导：抓住临界点分析汽车转弯的受力特点及不侧滑的原因，结合圆周运动规律可判断。解析：汽车转弯时，恰好没有向公路内外两侧滑动的趋势，说明公路外侧高一些，支持力的水平分力刚好提供向心力，此时汽车不受静摩擦力的作用，与路面是否结冰无关，故选项A正确，选项D错误。当vvc时，支持力的水平分力小于所需向心力，汽车有向外侧滑动的趋势，在摩擦力大于最大静摩擦力前不会侧滑，故选项B错误，选项C正确。
3．如图所示是一种娱乐设施“魔盘”，画面反映的是魔盘旋转转速较大时盘中人的情景。甲、乙、丙三位同学看了图后发生争论，甲说：“图画错了，做圆周运动的物体受到向心力的作用，魔盘上的人应该向中心靠拢。”乙说：“图画得对，因为旋转的魔盘给人离心力，所以人向盘边缘靠拢。”丙说：“图画得对，当盘对人的摩擦力不能满足人做圆周运动的向心力时，人会逐渐远离圆心。”这三位同学的说法正确的是(　　)A．甲　　B．乙　　C．丙　D．都有道理
解析：当向心力不足时，物体会做离心运动，A错误，C正确；离心力是不存在的，B错误。
易错点：解决生活中圆周运动物体需要弄清两个方面的问题：一是向心力来源，二是物体转弯时轨道平面和圆心。