高中物理教科版 (2019)必修 第二册圆周运动的实例分析教学课件ppt

这是一份高中物理教科版 (2019)必修 第二册圆周运动的实例分析教学课件ppt，共30页。PPT课件主要包含了导入与目标，第一部分，新课导入，素养目标，新课讲解，第二部分，汽车通过拱形桥，凹形桥，水平桥，临界速度等内容，欢迎下载使用。
在现实生活中，圆周运动随处可见。有的物体真正沿圆周做周期性运动；也有的物体做一般的曲线运动，其中的很多小段都可以看作圆周运动的一部分。对于这些圆周运动，按速率是否变化可分为匀速圆周运动和非匀速圆周运动两大类；按运动轨迹所处的平面划分，常见的有水平面内的圆周运动、竖直面内的圆周运动以及倾斜面内的圆周运动。本节我们将讨论几个简单的圆周运动实例。
1.通过对自行车、交通工具等具体事例的分析，理解圆周运动规律分析和解决物理问题的方法。2.将生活实例转换为物理模型进行分析研究。3.通过探究性物理学习活动,使学生获得成功的愉悦，培养学生对参与物理学习活动的兴趣提高学习的自信心。4.通过对日常生活、生产中圆周运动现象的解释，培养应用科学知识探究生活中的物理学问题的能力。
汽车通过拱形桥时的运动可看作圆周运动的一部分，质量为m的汽车以速度U通过拱形桥最高点时，若桥面的圆弧半径为R，则此时汽车对拱桥的压力多大?
选择汽车为研究对象，把它抽象成质点模型。分析汽车所受的力，求得桥对汽车的支持力N，就可以知道桥所受的压力N'。
在拱形桥最高点汽车在竖直方向上受到重力G和桥的支持力N，它们的合力提供使汽车做圆周运动所需的向心力。
汽车对桥的压力N'与桥对汽车的支持力N是一对作用力和反作用力，大小相等。所以汽车对桥面压力的大小为
分析最后结果可以看出，汽车对桥的压力V'小于汽车所受的重力mg，而且汽车通过最高点时的速度越大，汽车对桥面的压力就越小。
想一想，当汽车的速度为多大时，汽车对桥面的压力恰好为零?
汽车对桥面的压力恰好为零，就是当 N= 0 时，汽车脱离桥面，做平抛运动，汽车及其中的物体处于完全失重状态。
想一想，当速度在增大时，会发生什么？
拓展：在游乐场里，惊险又有趣的项目之一就是坐过山车。如图 所示的过山车轨道是由很高的滑轨和环形轨道构成的。过山车高速驶过环形轨道顶端时，人们不会有从轨道上掉下来的感觉。
思考：过山车为什么过最高点时不会掉下来？
①游客受到哪些力的作用？
②向心力由什么力提供？
向心力由拉力F和重力G的合力提供
游客受力如图所示，合力提供向心力，由牛顿第二定律
缆绳与中心轴的夹角跟“旋转秋千”的角速度和绳长有关，而与所乘坐人的体重无关。
为了给汽车、火车提供转弯时所需的向心力，高速公路、铁路的弯道通常都设计成外高内低。这样，汽车、火车转弯时，可依靠重力与支持力的合力获得向心力。例如，按限定速度转弯的火车，受到重力和支持力的作用，此时重力和支持力的合力 F 不为 0，而是指向弯道的圆心合力 F 就提供了火车转弯时做圆周运动的向心力。
赛道和高速公路转弯处也是外高内低， 并且超车道比主车道更加倾斜。
火车在水平面转弯，是在做圆周运动，什么力提供向心力？
摩擦力提供火车的向心力
这种方式转弯有什么影响？
火车车轮上有突出的轮缘，以保证车轮能行驶在铁轨上。对于半径、倾角都确定的某个弯道而言，如果车速合适，重力与支持力的合力恰好提供火车转弯时所需的向心力。但如果车速过快，这个合力不足以提供所需的向心力，外侧车轮轮缘就会与外轨发生挤压，以补充缺少的向心力，这样会损坏外轨，甚至造成脱轨。因此，火车转弯时都要限速。
火车水平转弯时情况分析：由外侧轨道对车轮轮缘的挤压力F 提供向心力Fn
思考：靠这种办法得到的向心力缺点是什么？如何解决这一实际问题？
(1)内外轨道一样高时转弯
在转弯处外轨略高于内轨
轨道对轮缘无挤压，此时火车的速度为多大？
θ 很小时，sinθ ≈ tanθ
若火车的速度大于或小于这个值时，轨道对轮缘有挤压吗？
(2) 外轨高内轨低时转弯
轮缘受到外轨向内的弹力
轮缘受到内轨向外的弹力
向心力的“供求”关系——所需向心力与提供向心力；
思考：如果所需向心力与提供向心力大小不相等时物体将如何运动？
1、定义：在做圆周运动时，由于合外力提供的向心力消失或不足，以致物体沿圆周运动的切线方向飞出或远离圆心而去的运动叫作离心运动
F合 = mω2r，物体做匀速圆周运动
F合＜mω2r ，物体做逐渐远离圆心的运动
F 合= 0 ，物体沿切线方向飞出远离圆心
0 ≤ F合＜mω2r