高中物理公开课优质实用课件精选第五章8生活中的圆周运动.pptx
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1、生活中的圆周运动生活中的圆周运动执教教师:XXX目标定位1.能定性分析铁路弯道处外轨比内轨高的原因,能定量分析汽车过拱形桥最高点和凹形桥最低点时对桥的压力.2.了解航天器中的失重现象及其原因.3.知道离心运动及其产生的条件,了解离心运动的应用和防止.学案8生活中的圆周运动知识探究自我检测知识探究一、铁路的弯道 问题设计设火车转弯时的运动是匀速圆周运动:(1)如图1所示,如果轨道是水平的,火车转弯时受到哪些力的作用?什么力提供向心力?图1答案轨道水平时,火车受重力、支持力、轨道对轮缘的弹力、向后的摩擦力,向心力由轨道对轮缘的弹力来提供.(2)(1)中获得向心力的方法好不好?为什么?若不好,如何改
2、进?答案这种方法不好,因为火车的质量很大,行驶的速度也不小,轮缘与外轨的相互作用力很大,铁轨和车轮极易受损.改进方法:在转弯处使外轨略高于内轨,使重力和支持力的合力提供向心力,这样外轨就不受轮缘的挤压了.(3)当轨道平面与水平面之间的夹角为,转弯半径为R时,火车行驶速度多大轨道才不受挤压?答案火车受力如图所示,则要点提炼1.向心力来源:在铁路的弯道处,内、 外铁轨有高度差,火车在此处依规定的速度行驶,转弯时,向心力几乎完全由 和 的合力提供,即F .2.规定速度:若火车转弯时,火车轮缘不受轨道压力,则mgtan ,故v0 ,其中R为弯道半径,为轨道所在平面与水平面的夹角,v0为弯道规定的速度.
3、(1)当vv0时,FnF,即转弯时所需向心力等于支持力和重力的合力,这时内、外轨 ,这就是设计的限速状态.均无侧压力重力G支持力FNmgtan (2)当vv0时,FnF,即所需向心力大于支持力和重力的合力,这时 对车轮有侧压力,以弥补向心力不足的部分.(3)当vv0时,FnF,即所需向心力小于支持力和重力的合力,这时 对车轮有侧压力,以抵消向心力过大的部分.说明:火车转弯时受力情况和运动特点与圆锥摆类似.内轨外轨二、拱形桥 问题设计1.质量为m的汽车在拱形桥上以速度v行驶,若桥面的圆弧半径为R,试画出汽车受力分析图,并求出汽车通过桥的最高点时对桥的压力.比较汽车的重力与汽车对桥的压力哪个大?可
4、见,汽车对桥的压力FN小于汽车的重力mg,并且,压力随汽车速度的增大而减小.2.当汽车通过凹形桥最低点时,汽车对桥的压力比汽车的重力大还是小呢?答案汽车在凹形桥的最低点时对桥的压力大小为(受力分析如图)要点提炼1.汽车过拱形桥(如图2)图2mgFN2.汽车过凹形桥(如图3)由此可知,汽车对桥面的压力 其自身重力,故凹形桥易被压垮,因而实际中拱形桥多于凹形桥.图3FNmg大于三、航天器中的失重现象和离心运动 问题设计1.若把地球看成一个大拱桥,设地球半径为R,地球表面的重力加速度为g.(1)在地球赤道上匀速率行驶的汽车速度多大时对地面的压力为零?答案当FN0时,只有重力提供向心力,(2)当汽车以
5、上述速度行驶时,驾驶员对座椅的压力为多大?此时驾驶员处于什么状态(“超重”、“失重”或“完全失重”)?(3)脱离地面行驶的汽车可以看成“航天飞机”,航天员在太空中处于什么状态?答案完全失重状态.答案沿圆周的切线方向做匀速直线运动(离心运动)离心运动.要点提炼1.航天器中的失重现象(3)航天器内的任何物体都处于 状态.完全失重mgFN完全失重2.离心运动(1)离心运动的原因:合力 ,而不是物体又受到了“离心力”.(2)合力与向心力的关系对圆周运动的影响(如图4所示)图4突然消失或不足以提供所需的向心力若F合m2r,物体做 运动.若F合m2r,物体做近心运动.(3)离心运动的应用和防止应用:离心干
6、燥器;洗衣机的 ;离心制管技术.防止:汽车在公路转弯处必须 ;转动的砂轮、飞轮的转速不能太高.限速行驶匀速圆周离心沿切线方向飞出脱水筒四、竖直面内的“绳杆模型”的临界问题1.轻绳模型(如图5所示)图5(1)绳(内轨道)施力特点:只能施加向下的拉力(或压力).FTmg不能0mg零下2.轻杆模型(如图6所示)(1)杆(双轨道)施力特点:既能施加向下的拉力,也能施加向上的支持力.(2)在最高点的动力学方程上下FNmgmgmgFN图 6当v0时,mgFN,球恰好到达最高点.图 6(3)杆类的临界速度为v临 .0典例精析一、火车转弯问题图7A.内轨对内侧车轮轮缘有挤压B.外轨对外侧车轮轮缘有挤压答案C二
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