《生活中的圓周運動(dòng)》圓周運動(dòng)PPT課件
第一部分內容：必備知識·素養奠基
一、火車(chē)轉彎
【思考】
火車(chē)轉彎時(shí)外軌與內軌的高度一樣嗎?火車(chē)的車(chē)輪設計有什么特點(diǎn)?
提示:火車(chē)轉彎時(shí)外軌與內軌的高度不一樣,外高內低�；疖�(chē)的車(chē)輪設計有突出的輪緣。
1.火車(chē)車(chē)輪的結構特點(diǎn):火車(chē)的車(chē)輪上有突出的輪緣,火車(chē)行駛時(shí),有輪緣的一側在軌道內。
作用:有助于固定運動(dòng)軌跡。
2.火車(chē)在彎道上的運動(dòng)特點(diǎn):圓周運動(dòng),有指向圓心的向心加速度。
3.向心力的來(lái)源:當內外軌一樣高時(shí),____________的________提供向心力。
當內外軌有高度差時(shí),依據規定的速度行駛,____________________提供向心力。
二、汽車(chē)過(guò)拱形橋
三、航天器中的失重現象
【思考】
物體放在水平桌面上,它會(huì )對桌面產(chǎn)生壓力;如果航天器繞地球做圓周運動(dòng),那么航天器中的物體會(huì )對航天器產(chǎn)生壓力嗎?
提示:航天器中的物體不會(huì )對航天器產(chǎn)生壓力。
1.向心力分析:宇航員受到的_________與__________________的合力為他提供向心力。_____= 。
2.失重狀態(tài):當v=_____時(shí),座艙對宇航員的支持力為零,宇航員處于完全失重狀態(tài)。
四、離心運動(dòng)
1.涵義:物體沿_________飛出或做逐漸遠離圓心的運動(dòng)。
2.原因:向心力突然消失或_____________提供所需要的向心力。
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生活中的圓周運動(dòng)PPT，第二部分內容：關(guān)鍵能力·素養形成
一 火車(chē)轉彎
1.鐵路的彎道:
(1)如果鐵路彎道的內外軌一樣高,外側車(chē)輪的輪緣擠壓外軌,使外軌發(fā)生彈性形變,外軌對輪緣的彈力就是火車(chē)轉彎的向心力,如圖甲所示,但是火車(chē)的質(zhì)量很大,靠這種辦法得到向心力,輪緣與外緣間的相互作用力太大,鐵軌和車(chē)輪極易受損。
(2)如果在彎道處使外軌略高于內軌,如圖乙所示,火車(chē)轉彎時(shí)鐵軌對火車(chē)的支持力FN的方向不再是豎直的,而是指向斜向彎道的內側,它與重力的合力指向圓心,為火車(chē)轉彎提供了全部或部分向心力,減輕了輪緣與外軌的擠壓。
2.火車(chē)轉彎時(shí)的規定速度:
(1)相關(guān)物理量:若火車(chē)轉彎時(shí)的向心力完全由重力mg和支持力FN的合力提供,設內、外軌間的距離為L(cháng),兩軌高度差為h,火車(chē)轉彎半徑為R,火車(chē)的質(zhì)量為m。
(2)理論分析:根據幾何關(guān)系知sin θ=____ ;由圖示火車(chē)的受力情況可得,tan θ=____ ,當θ很小時(shí),近似認為sin θ=tan θ,即____ ,所以F合=mg____ 。由向心力公式知,F合= ____ ,所以 ____ ,得v0=____。由于鐵軌建成后,h、L、R各量是確定的,故火車(chē)轉彎時(shí)恰對軌道無(wú)側壓力時(shí)的車(chē)速應是一個(gè)定值,即規定速度。
(3)速度關(guān)系:
①當火車(chē)轉彎時(shí)的速度v=v0時(shí),輪緣對內、外軌均無(wú)側向壓力。
②當火車(chē)轉彎速度v>v0時(shí),外軌對輪緣有向里的側壓力。
③當火車(chē)轉彎速度v<v0時(shí),內軌對輪緣有向外的側壓力。
【思考·討論】
情境:高速列車(chē)通過(guò)如圖所示的彎道時(shí)做勻速圓周運動(dòng)
討論:
(1)高速列車(chē)轉彎處的鐵軌有什么特點(diǎn)以及轉彎時(shí)哪些力提供向心力?(科學(xué)思維)
提示:轉彎處鐵軌外高內低;轉彎時(shí)由重力和支持力的合力提供向心力。
(2)高速列車(chē)轉彎時(shí)速度過(guò)大或過(guò)小,會(huì )對哪側的軌道有側壓力?(科學(xué)思維)
提示:①速度過(guò)大,對外側軌道有側壓力。
②速度過(guò)小,對內側軌道有側壓力。
【典例示范】
(多選)在設計水平面內的火車(chē)軌道的轉彎處時(shí),要設計為外軌高、內軌低的結構,即路基形成一外高、內低的斜坡(如圖所示),內、外兩鐵軌間的高度差在設計上應考慮到鐵軌轉彎的半徑和火車(chē)的行駛速度大小。若某轉彎處設計為當火車(chē)以速率v通過(guò)時(shí),內、外兩側鐵軌所受輪緣對它們的壓力均恰好為零。車(chē)輪與鐵軌間的摩擦可忽略不計,則下列說(shuō)法中正確的是 ( )
A.當火車(chē)以速率v通過(guò)此彎路時(shí),火車(chē)所受各力的合力方向沿路基向下
B.當火車(chē)以速率v通過(guò)此彎路時(shí),火車(chē)所受重力與鐵軌對其支持力的合力提供向心力
C.當火車(chē)行駛的速率大于v時(shí),外側鐵軌對車(chē)輪的輪緣施加壓力
D.當火車(chē)行駛的速率小于v時(shí),外側鐵軌對車(chē)輪的輪緣施加壓力
【解析】選B、C�；疖�(chē)轉彎時(shí),內、外兩側鐵軌所受輪緣對它們的壓力均恰好為零,靠重力和支持力的合力提供向心力,方向水平指向圓心,故A錯誤,B正確;當速度大于v時(shí),重力和支持力的合力小于所需向心力,此時(shí)外軌對車(chē)輪輪緣施加壓力,故C正確;當速度小于v時(shí),重力和支持力的合力大于向心力,此時(shí)內軌對車(chē)輪輪緣施加壓力,故D錯誤。
【素養訓練】
1.(多選)火車(chē)轉彎可近似看成是做勻速圓周運動(dòng)。當火車(chē)以規定速度通過(guò)時(shí),內外軌道均不受側向擠壓�，F要降低火車(chē)轉彎時(shí)的規定速度,需對鐵路進(jìn)行改造,從理論上講以下措施可行的是( )
A.減小內外軌的高度差 B.增加內外軌的高度差
C.減小彎道半徑 D.增大彎道半徑
【解析】選A、C。當火車(chē)以規定速度通過(guò)彎道時(shí),火車(chē)的重力和支持力的合力提供向心力,如圖所示:
2.(多選)山崖邊的公路常常稱(chēng)為最險公路,一輛汽車(chē)欲安全通過(guò)此彎道公路,下列說(shuō)法正確的是 ( )
A.若汽車(chē)以恒定的角速度轉彎,選擇內圈較為安全
B.若汽車(chē)以大小恒定的線(xiàn)速度轉彎,選擇外圈較為安全
C.汽車(chē)在轉彎時(shí)受到重力、支持力和摩擦力作用
D.汽車(chē)在轉彎時(shí)受到重力、支持力、摩擦力和向心力作用
二 汽車(chē)過(guò)拱形橋
1.汽車(chē)通過(guò)拱形橋的最高點(diǎn)時(shí)的情況:
如圖所示,設汽車(chē)質(zhì)量為m,橋面的圓弧半徑為r,汽車(chē)通過(guò)橋面最高點(diǎn)時(shí)速率為v。
2.汽車(chē)通過(guò)凹形橋的最低點(diǎn)時(shí)的情況:
如圖所示,汽車(chē)在豎直方向受到重力mg和橋的支持力FN的作用,此二力的合力提供汽車(chē)做圓周運動(dòng)的向心力,
3.處理圓周運動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的一般思路:
(1)確定物體做圓周運動(dòng)的軌道平面、圓心。
(2)根據幾何關(guān)系求出軌道半徑。
(3)對物體進(jìn)行受力分析,確定向心力來(lái)源。
(4)根據牛頓第二定律列方程求解。
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