高中物理必修二圆周运动《离心现象 生活中的圆周运动》优秀教学课件(精品上课用)
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θ
铁路的弯道——外轨高于内轨
方案剖析
1、轨道分析 2、受力分析
FN
F合＝mg tanθ
θ
F合
O
3、速度分析
F合＝ Fn
G
θ
v＝ gR tanθ
火车转弯时所
需的向心力
Fn = m
v2
R
讨论：如果火车在转弯处的速度不等于规定的
速度会发生怎样的情况？
铁路的弯道——外轨高于内轨
挤压轮缘分析 1、当 v＞ gR tanθ 时： 2、当 v＜ gR tanθ 时：
车轮的构造
轮缘
思考与讨论：
1、火车转弯时是在做什么运动？ 2、是什么力提供向心力？
铁路的弯道——内外轨一样高?
外轨
内轨
FN O
FG 外轨对轮缘的弹力提供向心力
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？
铁路的弯道——外轨高于内轨
解决方案
铁路的弯道——外轨高于内轨
方案剖析
1、轨道分析
离心运动
离心运动：做圆周运动的物体，在提供的向心力突
然消失，或者不足以提供圆周运动所需的向心力的情 况下，就做逐渐远离圆心的运动。
FN
FN
O
FG
θ
O
GF
θ
轮缘受到外轨向内的弹力 轮缘受到内轨向外的弹力
赛道转弯
1、赛车道转弯处的特点？ 2、为何要这样设计？
公路转弯
上海南浦大桥
转化模型
拱形桥
凹形桥
汽车过桥问题
F压＝FN＝mg
拱形桥 水平桥 凹形桥
汽车过桥
1、汽车质量为m，通过 桥最高点速度为v，桥半 径为R，则在最高点汽车
FN
点速度为v，桥半径为R，
则在最低点汽车对桥的压
力为多大？
mg
解：向心力：F合＝FN－mg
Fn=
m
v2
R
∴
FN－mg＝m
v2
R
∴
FN
＝mg
+
m
v2
R
由牛顿第三定律得
FN ＞mg 超重状态
F压＝mg
+
m v2
R
转化模型
拱形桥
凹形桥
汽车过桥问题
1.求汽车以速度v过半径为r 的拱桥最高点时对拱桥的压力？
做圆周运动的物体，由于本身的惯性， 总有沿着圆周切线方向飞去的倾向.
当Fn= 0时，物体沿切线方向飞出
一、离心现象
１、观察与思考
观察实验现象回答下列问题: （1）小球为什么会离开转盘？ （2）什么叫做离心运动？
离心运动
做匀速圆周运动的物体，在所受合力突然消失，或 者不足以提供圆周运动所需的向心力的情况下，就 做逐渐远离圆心的运动
v2 FN G m r
FN=G
当堂练习
1.一辆卡车在丘陵地匀速行驶,地形如图所示,由 于轮胎太旧,途中爆胎,爆胎可能性最大的地段应 是( D ) A. a处 B. b处 C. c处 D. d处
a b
c d
可能飞离路面的地段应是？
2、如图所示，汽车以一定的速度经过一个圆弧形桥 面的顶点时，关于汽车的受力及汽车对桥面的压力
对桥的压力为多大？
2、汽车质量为m，通过 桥最低点速度为v，桥半 径为R，则在最低点汽车
对桥的压力为多大？
汽车过桥——拱形桥
FN
汽车质量为m，通过桥最高
点速度为v，桥半径为R，
mg
则在最高点汽车对桥的压
力为多大？
若汽车通过拱
解：F合＝mg－FN
Fn=
m
v2
R
∴
mg－FN＝m
v2
R
∴
FN ＝mg－m
课堂小结
1、铁路的弯道
F合＝mg tanθ
Fn=
m
v2
R
水平面圆周运动
v＝ gR tanθ
2、汽车过桥
竖直面圆周运动
凸形桥： 凹形桥：
F压＝mg－m
v2
R
F压＝mg
+
m
v2
R
失重 超重
离心现象及其应用
现象分析
思考:
问题一:洗衣机甩干是什么原理？ 问题二:你看到车子出事故时的侧滑或翻 滚方向都有什么样的共同特点？
（3）物体作离心运动的条件 F合 < F向
2、合外力与向心力的关系
做匀速圆周运动的物体,由于惯性总有沿切线方向飞去的 倾向，在合外力突然消失或者不足以提供圆周运动所需的向 心力的情况下，做逐渐远离圆心的运动；当合外力大于物体 做圆周运动所需的向心力时，物体做离圆心越来越近的向心 运动；只有当合外力等于所需的向心力时，物体才可能做匀 速圆周运动。
【解】G和N的合力提供汽车做圆周运动的
N
向心力，由牛顿第二定律得：
G N m v2 r
N G m v2 r
m
v
可见汽车的速度越大对桥的压力越小。
G
当 v gr 时汽车对桥的压力为零。（临界速度）
由于加速度ａ竖直向下，属失重现象。 飞离桥面做
当ｖ大于ｖ临界时，汽车做什么运动？ 平抛运动！
2.求汽车过凹形路段最低点时对路面的压力？
生活中的圆周运动
温故知新
1、向心力的特点： 方向始终指向圆心，与速度 垂直。
2、向心力的作用：改变速度的方向。
3、向心力的大小： Fn=
m
v2
R
=Байду номын сангаасω2R
4、向心力的来源： 可以由几个力的合力、某一个 力或某一个力的分力来提供。
思考与讨论
在平直轨道上匀速行驶的火车受几个力 的作用？这几个力的关系如何？
v2
R
由牛顿第三定律得
桥的速度增大， 会出现什么情
况？
FN ＜mg 失重状态
F压＝mg－m
v2
R
汽车过桥——拱形桥
FN
FN ＝mg－m
v2
R
mg
当FN = 0 时，出现飞车现象，汽车做平抛运动， 汽车及其中的物体处于完全失重状态。
mg＝m
v2
R
v＝ gR
汽车过桥——凹形桥
汽车质量为m，通过桥最低
F=mrω2
F=0
o
F<mrω2
F>mrω2
离心运动
绳栓着小球在水平面做匀速圆周运动时，小球所需的 向心力由形变的绳产生的弹力提供。若m、r、ω一定， 向心力F向=mω2r。
F１=0
F m2r
F2 m 2 r
若突然松手，小球将怎样运动？
F F２
若绳的拉力F小于它做圆周运动的所需的 向心力，小球将怎样运动？
【解】G和N的合力提供汽车做圆周运动 N
的向心力，由牛顿第二定律得：
v2 N G m
r
v
m
v2
N Gm G
G
r
可见汽车的速度V越大，对桥的压力越大。
由于加速度ａ的方向竖直向上，属超重现象。
圆周运动(Circular motion)
汽车过桥问题小结
生 活 中 的 圆 周 运 动
G FN
v2 m
r
情况，以下说法正确的是 ( BC )
A.在竖直方向汽车受到三个力：重力、桥面的支持力和 向心力 B.在竖直方向汽车只受两个力：重力和桥面的支持力 C.汽车对桥面的压力小于汽车的重力 D．汽车对桥面的压力大于汽车的重力
26
思考与讨论
思考地与球讨可论以看做一
个巨大的拱形桥， 桥面的半径就是地 球的半径。会不会 出现这样的情况： 速度大到一定程度 时，地面对车的支 持力是零？这时驾 驶员与座椅之间的 压力是多少？……
铁路的弯道——外轨高于内轨
方案剖析
1、轨道分析 2、受力分析
FN
F合＝mg tanθ
θ
F合
O
3、速度分析
F合＝ Fn
G
θ
v＝ gR tanθ
火车转弯时所
需的向心力
Fn = m
v2
R
讨论：如果火车在转弯处的速度不等于规定的
速度会发生怎样的情况？
铁路的弯道——外轨高于内轨
挤压轮缘分析 1、当 v＞ gR tanθ 时： 2、当 v＜ gR tanθ 时：
车轮的构造
轮缘
思考与讨论：
1、火车转弯时是在做什么运动？ 2、是什么力提供向心力？
铁路的弯道——内外轨一样高?
外轨
内轨
FN O
FG 外轨对轮缘的弹力提供向心力
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？
铁路的弯道——外轨高于内轨
解决方案
铁路的弯道——外轨高于内轨
方案剖析
1、轨道分析
离心运动
离心运动：做圆周运动的物体，在提供的向心力突
然消失，或者不足以提供圆周运动所需的向心力的情 况下，就做逐渐远离圆心的运动。
FN
FN
O
FG
θ
O
GF
θ
轮缘受到外轨向内的弹力 轮缘受到内轨向外的弹力
赛道转弯
1、赛车道转弯处的特点？ 2、为何要这样设计？
公路转弯
上海南浦大桥
转化模型
拱形桥
凹形桥
汽车过桥问题
F压＝FN＝mg
拱形桥 水平桥 凹形桥
汽车过桥
1、汽车质量为m，通过 桥最高点速度为v，桥半 径为R，则在最高点汽车
FN
点速度为v，桥半径为R，
则在最低点汽车对桥的压
力为多大？
mg
解：向心力：F合＝FN－mg
Fn=
m
v2
R
∴
FN－mg＝m
v2
R
∴
FN
＝mg
+
m
v2
R
由牛顿第三定律得
FN ＞mg 超重状态
F压＝mg
+
m v2
R
转化模型
拱形桥
凹形桥
汽车过桥问题
1.求汽车以速度v过半径为r 的拱桥最高点时对拱桥的压力？
做圆周运动的物体，由于本身的惯性， 总有沿着圆周切线方向飞去的倾向.
当Fn= 0时，物体沿切线方向飞出
一、离心现象
１、观察与思考
观察实验现象回答下列问题: （1）小球为什么会离开转盘？ （2）什么叫做离心运动？
离心运动
做匀速圆周运动的物体，在所受合力突然消失，或 者不足以提供圆周运动所需的向心力的情况下，就 做逐渐远离圆心的运动
v2 FN G m r
FN=G
当堂练习
1.一辆卡车在丘陵地匀速行驶,地形如图所示,由 于轮胎太旧,途中爆胎,爆胎可能性最大的地段应 是( D ) A. a处 B. b处 C. c处 D. d处
a b
c d
可能飞离路面的地段应是？
2、如图所示，汽车以一定的速度经过一个圆弧形桥 面的顶点时，关于汽车的受力及汽车对桥面的压力
对桥的压力为多大？
2、汽车质量为m，通过 桥最低点速度为v，桥半 径为R，则在最低点汽车
对桥的压力为多大？
汽车过桥——拱形桥
FN
汽车质量为m，通过桥最高
点速度为v，桥半径为R，
mg
则在最高点汽车对桥的压
力为多大？
若汽车通过拱
解：F合＝mg－FN
Fn=
m
v2
R
∴
mg－FN＝m
v2
R
∴
FN ＝mg－m
课堂小结
1、铁路的弯道
F合＝mg tanθ
Fn=
m
v2
R
水平面圆周运动
v＝ gR tanθ
2、汽车过桥
竖直面圆周运动
凸形桥： 凹形桥：
F压＝mg－m
v2
R
F压＝mg
+
m
v2
R
失重 超重
离心现象及其应用
现象分析
思考:
问题一:洗衣机甩干是什么原理？ 问题二:你看到车子出事故时的侧滑或翻 滚方向都有什么样的共同特点？
（3）物体作离心运动的条件 F合 < F向
2、合外力与向心力的关系
做匀速圆周运动的物体,由于惯性总有沿切线方向飞去的 倾向，在合外力突然消失或者不足以提供圆周运动所需的向 心力的情况下，做逐渐远离圆心的运动；当合外力大于物体 做圆周运动所需的向心力时，物体做离圆心越来越近的向心 运动；只有当合外力等于所需的向心力时，物体才可能做匀 速圆周运动。
【解】G和N的合力提供汽车做圆周运动的
N
向心力，由牛顿第二定律得：
G N m v2 r
N G m v2 r
m
v
可见汽车的速度越大对桥的压力越小。
G
当 v gr 时汽车对桥的压力为零。（临界速度）
由于加速度ａ竖直向下，属失重现象。 飞离桥面做
当ｖ大于ｖ临界时，汽车做什么运动？ 平抛运动！
2.求汽车过凹形路段最低点时对路面的压力？
生活中的圆周运动
温故知新
1、向心力的特点： 方向始终指向圆心，与速度 垂直。
2、向心力的作用：改变速度的方向。
3、向心力的大小： Fn=
m
v2
R
=Байду номын сангаасω2R
4、向心力的来源： 可以由几个力的合力、某一个 力或某一个力的分力来提供。
思考与讨论
在平直轨道上匀速行驶的火车受几个力 的作用？这几个力的关系如何？
v2
R
由牛顿第三定律得
桥的速度增大， 会出现什么情
况？
FN ＜mg 失重状态
F压＝mg－m
v2
R
汽车过桥——拱形桥
FN
FN ＝mg－m
v2
R
mg
当FN = 0 时，出现飞车现象，汽车做平抛运动， 汽车及其中的物体处于完全失重状态。
mg＝m
v2
R
v＝ gR
汽车过桥——凹形桥
汽车质量为m，通过桥最低
F=mrω2
F=0
o
F<mrω2
F>mrω2
离心运动
绳栓着小球在水平面做匀速圆周运动时，小球所需的 向心力由形变的绳产生的弹力提供。若m、r、ω一定， 向心力F向=mω2r。
F１=0
F m2r
F2 m 2 r
若突然松手，小球将怎样运动？
F F２
若绳的拉力F小于它做圆周运动的所需的 向心力，小球将怎样运动？
【解】G和N的合力提供汽车做圆周运动 N
的向心力，由牛顿第二定律得：
v2 N G m
r
v
m
v2
N Gm G
G
r
可见汽车的速度V越大，对桥的压力越大。
由于加速度ａ的方向竖直向上，属超重现象。
圆周运动(Circular motion)
汽车过桥问题小结
生 活 中 的 圆 周 运 动
G FN
v2 m
r
情况，以下说法正确的是 ( BC )
A.在竖直方向汽车受到三个力：重力、桥面的支持力和 向心力 B.在竖直方向汽车只受两个力：重力和桥面的支持力 C.汽车对桥面的压力小于汽车的重力 D．汽车对桥面的压力大于汽车的重力
26
思考与讨论
思考地与球讨可论以看做一
个巨大的拱形桥， 桥面的半径就是地 球的半径。会不会 出现这样的情况： 速度大到一定程度 时，地面对车的支 持力是零？这时驾 驶员与座椅之间的 压力是多少？……