高中物理_必修2_5.7《生活中的圆周运动》(上课版)_新人教版

实例
四、离心运动
1、定义：
当向心力突然消失或者指向圆心的合力不足 时，物体做逐渐远离圆心的运动，叫做离心运 动。
2、离心运动的应用与防止
离 心 运 动 的 应 用 离 心 甩 干 离 心 抛 掷
离 心 脱 水
离 心 分 离
制作棉花糖的原理： 内筒与洗衣机的脱水筒相似，里 面加入白砂糖，加热使糖熔化成 糖汁。内筒高速旋转，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，并迅速冷却凝固， 变得纤细雪白，像一团团棉花。
用离心机把 体温计的水 银柱甩回玻 璃泡内
v
离 心 运 动 的 防 止
O F
静
v
O F
小结
通过本节课的学习我们知道：
一、铁路的弯道 1．讨论向心力的来源： 2．外轨高于内轨时重力与支持力的合力是使火车转弯的向心力 3．讨论：为什么转弯处的半径和火车运行速度有条件限制? 二、拱形桥 1．思考：汽车过拱形桥时，对桥面的压力与重力谁大? 2．圆周运动中的超重、失重情况． 三、航天器中的失重现象 四、离心运动 1．离心现象的分析与讨论． 2．离心运动的应用和防止．
2、什么叫向心力？公式如何？
3、火车转弯时，什么力提供向心力？为什么外轨
高于内轨？ 4、汽车过拱形桥和凹形桥时，对桥的压力分别如 何？ 4、航天器中的失重现象的本质是什么？ 5、离心运动的条件是什么？如何防止和利用？
实例
一、铁路的弯道
思考：
• 在平直轨道上匀 速行驶的火车， 火车受几个力作 用？这几个力的 关系如何？那火 车转弯时情况会 有何不同呢？ • 火车转弯时是在 做圆周运动，那 么是什么力提供 向心力？
实例
二、拱形桥
思考：
公路上的拱 形桥是常见的， 汽车过桥时， 也可以看做圆 周运动。那么 是什么力提供 汽车的向心力 呢？
二、汽车过桥
1
2
3
讨论 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，试画出受力分析图，分析汽车 通过桥的最高点时对桥的压力．
以“凸形桥”为例分析：
汽车通过桥最高点时， 车对桥的压力
课堂练习
2、一辆质量 m=2.0t的小轿车，驶过半径 R=100m的一段圆弧形桥面。 (1)若桥面为凹形，汽车以20m/s通过桥面最低 点时，对桥面的压力是多大？ (2)若桥面为凸形，汽车以10m/s通过桥面最高 点时，对桥面的压力是多大？ (3)汽车以多大速度凸形桥面顶点时，对桥面刚 好没有压力？
当 很小时，
N F

h sin tan ,sin l h Fn mg l ghR 2 v v Fn m L R
G
如图，斜面轨道倾角 为θ，转弯半径R，要使 车轮对内外轨都无压力, 质量为m的火车运行的速 率应该多大?
N
F
F合 F向
v0 gr tan
h
2、向心力是按效果命名的力， 如果认为做匀速圆周运动的物 体除了受到另外物体的作用， 还要再受到一个向心力，那就 不对了。
• 【物理与生活】
2008年4月18日，我国铁路进行了第六次 大提速，时速将达200公里以上，这必将为 我国经济腾飞注入新的活力。假设你是一位 从事铁路设计的工程师，你认为火车提速有 必要对铁路拐弯处进行改造吗？应如何改造？
思考与讨论 地球可以看做一个巨大的 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？……
该“思考与讨论”中描述的情景其实已经实现， 不过不是在汽车上，而是在航天飞机中．
思维拓展
汽 车 速 度 增 大
v
分析
• 【学生活动】设计火车弯道 • 学生分组讨论，提出可行性方案
【最佳方案】
外轨略高于内轨
【方案剖析】
FN
解析：F合 Fn
F合
v mg tan m R
2
火车转弯规定临界速度:
α
v临界 Rg tan
G
重力G与支持力FN的合力F合是使火车转弯的向心力
Fn F G tan mg tan
1、分析汽车的受力情况 2、找圆心 3、确定F合即F向心力的方向。
4、列方程
N
F合 F向心力
v GN m R
v N Gm R
2
F合= G-N
G
2
v 压力 N ' N G m R
·
2
思考：汽车在拱形桥顶端的速度不同， 桥对车的支持力也不同，有什么不同呢 ？
拓展
凹形桥
下面自己分析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些还是小些?

G
火车拐弯应以规定速度行驶
• 【研究与讨论】
如果火车在转弯处的速度不等于 规定速度，会发生怎样情况？
当火车行驶速率v>v规定时
外轨对轮缘有侧压力 N
当火车行驶速率v<v规定时
内轨对轮缘有侧压力
N′
N′
G 火车行驶速率v>v规定
N
G
火车行驶速率v<v规定
注意
从这个例子我们进一步知道 ：
1、火车转弯时向心力是水平的．
5.7
生活中的圆周运动
学习目标
• 1.能定性分析火车外轨比内轨高的原 因。 • 2.能定量分析汽车过拱形桥最高点和 凹形桥最低点的压力问题。 • 3.知道航天器中的失重现象的本质。 • 4.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。 • 5.会用牛顿第二定律分析圆周运动。
问题讨论
1、什么叫向心加速度？其物理意义？公式如何？
• 学生分析汽车通过最底点时车对桥 (过 水路面)的压力
v N Gm r
2
小结：
汽车对桥面的压力 超重失重状态
最高点
v N Gm G r
2
最低点
v N Gm G r
2
课堂练习
1、质量 m=100t的火车在轨道上行驶,火车内外 轨连线与水平面夹角为370 ，弯道半径 R=30m。 (1)当火车的速度v1=10m/s时,轨道何处受侧压力? 方向如何? (2)当火车的速度v2=15m/s时,轨道何处受侧压力? 方向如何? (3)当火车的速度v3=20m/s时,轨道何处受侧压力? 方向如何?
三、航天器中的失Βιβλιοθήκη Baidu现象
假设宇宙飞船总质量为M，它在地球表面附 近绕地球做匀速圆周运动,速率为V，其轨道半 径近似等于地球半径R，航天员质量为m，宇宙 飞船和航天员受到的地球引力近似等于他们在 地面上的重力．试求座舱对宇航员的支持 力．通过求解你可以得出什么结论?
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
车轮的构造
火车车轮有突出的轮缘
车轮介绍
铁路的弯道 ——内外轨道一样高
F F向心力
N
v2 m r
.
G
F
外轨对轮缘的弹力提供向心力
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？
合作与探究
请设计一个方案让火车沿轨道安全通过弯道
设计方案思想简述 画出草图 简单计算说明 可行性分析
v2 mg FN m R v2 FN m( g ) R v gR 船舱对航天员的支持力为零，航天员
处于失重状态。
提供物体做圆周 运动的向心力
F =m
v
2
r
物体做圆周运动 所需要的向心力
当 “供”“需”平衡时，物体做圆周 运动
想一想：当 “供”“需”不平衡时，物体将如何运 呢？
观察