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高中物理人教版 (2019)必修 第二册4 生活中的圆周运动备课课件ppt
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这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第二册4 生活中的圆周运动备课课件ppt，共33页。PPT课件主要包含了赛道的设计，铁路的弯道，最佳方案，离心运动，过山车，课堂练习等内容，欢迎下载使用。
分析做圆周运动的物体受力情况
“供需平衡”物体做匀速圆周运动
从“供” “需”两方面研究做圆周运动的物体
提供物体做匀速圆周运动的力
物体做匀速圆周运动所需的力a
实例研究1——火车过弯
火车以半径R= 300 m在水平轨道上转弯，火车质量为8×105kg，速度为30m/s。铁轨与轮之间的动摩擦因数μ=0.25。
设向心力由轨道指向圆心的静摩擦力提供
代入数据可得： Ff=2.4×106N
但轨道提供的静摩擦力最大值：Ff静m=μmg=1.96×106N
“供需”不平衡，如何解决？
实际火车车轮与铁轨模型
火车以半径R= 900 m转弯，火车质量为8×105kg ，速度为30m/s，火车轨距l=1.4 m，要使火车通过弯道时仅受重力与轨道的支持力，轨道应该垫的高度h？（θ较小时tanθ=sinθ）
列车速度过快，容易发生事故
请设计一个方案让火车沿轨道安全通过弯道？
实际火车与轨道设计中，利用轮缘可增加小部分的向心力；垫高外轨可增加较多的向心力。
利用支持力的分力提供一部分向心力，达到“供需”平衡。
1、做圆周运动时向心力由哪些力提供？
可以减少对摩擦力的需要
需要改造铁路，设计施工难度大
?若火车速度与设计速度不同会怎样？
过大时：外侧轨道与轮之间有弹力过小时：内侧轨道与轮之间有弹力
需要轮缘提供额外的弹力满足向心力的需求
?若火车车轮无轮缘，火车速度过大或过小时将向哪侧运动？
过大时：火车向外侧运动过小时：火车向内侧运动
“供”“需”是否平衡决定物体做何种运动
提供物体做圆周运动的力
物体做匀速圆周运动所需的力
从“供”“需”两方面来进行研究“供”——分析物体受力，求沿半径方向的合外力“需”——确定物体轨道，定圆心、找半径、用公式，求出所需向心力“供”“需”平衡做圆周运动
1、汽车过拱桥是竖直面内圆周运动的典型代表2、研究方法与水平面内圆周运动相同
比较在两种不同桥面，桥面受力的情况，设车质量为m，桥面半径为R，此时速度为v。
1、若速度过快，汽车做何种运动？
提供的向心力不足，做离心运动，离开桥面做平抛运动
2、有无可能做这样的运动？若可能应满足怎样的条件？
三、航天器中的失重现象
一宇宙飞船绕地球做匀速圆周运动，距地面一二百千米时，它的轨道半径近似等于地球半径，航天员受到地球引力近似等于重力
船舱对航天员的支持力为零，超重
1定义：做圆周运动的物体，所受的合力突然消失或 合力不足以提供向心力时，物体将逐渐远离 圆心的运动
2应用与防止例1：洗衣机脱水时利用离心运动把附着在衣物上的水甩掉例2：离心制管技术例3：车转弯时要限制车速
摩托车飞车走壁，请分析受力情况，解释现象
练习: 用钢管做成半径为R=0.5m的光滑圆环（管径远小于R）竖直放置，一质量为m=0.2kg的小球（可看作质点，直径略小于管径）在环内做圆周运动，求:小球通过最高点A时，下列两种情况下球对管壁的作用力. 取g=10m/s2(1) A的速率为1.0m/s (2) A的速率为4.0m/s
解：先求出杆的弹力为0 的速率v0
v0=2.25 m/s
(1) v1=1m/s< v0 球应受到内壁向上的支持力N1，受力如图示：
mg-N1=mv12 /l
得 N1=1.6 N
(2) v2=4m/s > v0 球应受到外壁向下的支持力N2如图示：
则 mg+N2=mv22 /l
得 N2=4.4 N
由牛顿第三定律，球对管壁的作用力分别 为 (1) 对内壁1.6N向下的压力 (2)对外壁4.4N向上的压力.
竖直平面内的变速圆周运动
练习：如图示，质量为M的电动机始终静止于地面，其飞轮上固定一质量为m的物体，物体距轮轴为r，为使电动机不至于离开地面，其飞轮转动的角速度ω应如何？
解：当小物体转到最高点时，
对底座,受到重力Mg和物体对底座的拉力T
为使电动机不至于离开地面，必须 T≤Mg
对物体,受到重力mg和底座对物体的拉力T
由圆周运动规律有 mg+T = m rω2
即 m rω2≤(M+m)g
3、若汽车沿圆弧桥面从顶端下滑，分析汽车的运动情况。
分析：由物体重力及支持力沿半径方向的合外力提供向心力，若车速度过快，车会离开桥面做斜下抛运动
1、以下属于离心现象应用的是（ ）
A、水平抛出去的物体，做平抛运动
B、链球运动员加速旋转到一定的速度后将链球抛开
C、离心干燥器使衣物干燥
D、锤头松了，将锤柄在石头上磕风下就可以把柄安牢
2、下列说法正确的是 ( )A、作匀速圆周运动的物体，在所受合外力突然消失时，将沿圆周半径方向离开圆心B、作匀速圆周运动的物体，在所受合外力突然消失时，将沿圆周切线方向离开圆心C、作匀速圆周运动的物体，它自己会产生一个向心力，维持其作圆周运动D、作离心运动的物体，是因为受到离心力作用的缘故
3、为了防止汽车在水平路面上转弯时出现“打滑”的现象，可以：( ) a、增大汽车转弯时的速度 b、减小汽车转弯时的速度 c、增大汽车与路面间的摩擦 d、减小汽车与路面间的摩擦
4、下列说法中错误的有（ ）A、提高洗衣机脱水筒的转速，可以使衣服甩得更干B、转动带有雨水的雨伞，水滴将沿圆周半径方向离开圆心C、为了防止发生事故，高速转动的砂轮、飞轮等不能超过允许的最大转速D、离心水泵利用了离心运动的原理
分析做圆周运动的物体受力情况
“供需平衡”物体做匀速圆周运动
从“供” “需”两方面研究做圆周运动的物体
提供物体做匀速圆周运动的力
物体做匀速圆周运动所需的力a
实例研究1——火车过弯
火车以半径R= 300 m在水平轨道上转弯，火车质量为8×105kg，速度为30m/s。铁轨与轮之间的动摩擦因数μ=0.25。
设向心力由轨道指向圆心的静摩擦力提供
代入数据可得： Ff=2.4×106N
但轨道提供的静摩擦力最大值：Ff静m=μmg=1.96×106N
“供需”不平衡，如何解决？
实际火车车轮与铁轨模型
火车以半径R= 900 m转弯，火车质量为8×105kg ，速度为30m/s，火车轨距l=1.4 m，要使火车通过弯道时仅受重力与轨道的支持力，轨道应该垫的高度h？（θ较小时tanθ=sinθ）
列车速度过快，容易发生事故
请设计一个方案让火车沿轨道安全通过弯道？
实际火车与轨道设计中，利用轮缘可增加小部分的向心力；垫高外轨可增加较多的向心力。
利用支持力的分力提供一部分向心力，达到“供需”平衡。
1、做圆周运动时向心力由哪些力提供？
可以减少对摩擦力的需要
需要改造铁路，设计施工难度大
?若火车速度与设计速度不同会怎样？
过大时：外侧轨道与轮之间有弹力过小时：内侧轨道与轮之间有弹力
需要轮缘提供额外的弹力满足向心力的需求
?若火车车轮无轮缘，火车速度过大或过小时将向哪侧运动？
过大时：火车向外侧运动过小时：火车向内侧运动
“供”“需”是否平衡决定物体做何种运动
提供物体做圆周运动的力
物体做匀速圆周运动所需的力
从“供”“需”两方面来进行研究“供”——分析物体受力，求沿半径方向的合外力“需”——确定物体轨道，定圆心、找半径、用公式，求出所需向心力“供”“需”平衡做圆周运动
1、汽车过拱桥是竖直面内圆周运动的典型代表2、研究方法与水平面内圆周运动相同
比较在两种不同桥面，桥面受力的情况，设车质量为m，桥面半径为R，此时速度为v。
1、若速度过快，汽车做何种运动？
提供的向心力不足，做离心运动，离开桥面做平抛运动
2、有无可能做这样的运动？若可能应满足怎样的条件？
三、航天器中的失重现象
一宇宙飞船绕地球做匀速圆周运动，距地面一二百千米时，它的轨道半径近似等于地球半径，航天员受到地球引力近似等于重力
船舱对航天员的支持力为零，超重
1定义：做圆周运动的物体，所受的合力突然消失或 合力不足以提供向心力时，物体将逐渐远离 圆心的运动
2应用与防止例1：洗衣机脱水时利用离心运动把附着在衣物上的水甩掉例2：离心制管技术例3：车转弯时要限制车速
摩托车飞车走壁，请分析受力情况，解释现象
练习: 用钢管做成半径为R=0.5m的光滑圆环（管径远小于R）竖直放置，一质量为m=0.2kg的小球（可看作质点，直径略小于管径）在环内做圆周运动，求:小球通过最高点A时，下列两种情况下球对管壁的作用力. 取g=10m/s2(1) A的速率为1.0m/s (2) A的速率为4.0m/s
解：先求出杆的弹力为0 的速率v0
v0=2.25 m/s
(1) v1=1m/s< v0 球应受到内壁向上的支持力N1，受力如图示：
mg-N1=mv12 /l
得 N1=1.6 N
(2) v2=4m/s > v0 球应受到外壁向下的支持力N2如图示：
则 mg+N2=mv22 /l
得 N2=4.4 N
由牛顿第三定律，球对管壁的作用力分别 为 (1) 对内壁1.6N向下的压力 (2)对外壁4.4N向上的压力.
竖直平面内的变速圆周运动
练习：如图示，质量为M的电动机始终静止于地面，其飞轮上固定一质量为m的物体，物体距轮轴为r，为使电动机不至于离开地面，其飞轮转动的角速度ω应如何？
解：当小物体转到最高点时，
对底座,受到重力Mg和物体对底座的拉力T
为使电动机不至于离开地面，必须 T≤Mg
对物体,受到重力mg和底座对物体的拉力T
由圆周运动规律有 mg+T = m rω2
即 m rω2≤(M+m)g
3、若汽车沿圆弧桥面从顶端下滑，分析汽车的运动情况。
分析：由物体重力及支持力沿半径方向的合外力提供向心力，若车速度过快，车会离开桥面做斜下抛运动
1、以下属于离心现象应用的是（ ）
A、水平抛出去的物体，做平抛运动
B、链球运动员加速旋转到一定的速度后将链球抛开
C、离心干燥器使衣物干燥
D、锤头松了，将锤柄在石头上磕风下就可以把柄安牢
2、下列说法正确的是 ( )A、作匀速圆周运动的物体，在所受合外力突然消失时，将沿圆周半径方向离开圆心B、作匀速圆周运动的物体，在所受合外力突然消失时，将沿圆周切线方向离开圆心C、作匀速圆周运动的物体，它自己会产生一个向心力，维持其作圆周运动D、作离心运动的物体，是因为受到离心力作用的缘故
3、为了防止汽车在水平路面上转弯时出现“打滑”的现象，可以：( ) a、增大汽车转弯时的速度 b、减小汽车转弯时的速度 c、增大汽车与路面间的摩擦 d、减小汽车与路面间的摩擦
4、下列说法中错误的有（ ）A、提高洗衣机脱水筒的转速，可以使衣服甩得更干B、转动带有雨水的雨伞，水滴将沿圆周半径方向离开圆心C、为了防止发生事故，高速转动的砂轮、飞轮等不能超过允许的最大转速D、离心水泵利用了离心运动的原理
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