第五章第五章 曲线运动曲线运动5.7.1 生活中的圆周运动荔城中学高一物理备课组荔城中学高一物理备课组5.7.15.7.15.7.15.7.1生活中的圆周运动知识回顾知识回顾向心力的特点向心力的特点方向：方向：总是指向圆心总是指向圆心, 作用效果只改变速度作用效果只改变速度 的方向，的方向，由物体在半径方向的合力提供。由物体在半径方向的合力提供。大小大小：o物体做圆周运动时，必须有力提供物体做圆周运动时，必须有力提供向心力是按效果命名的力向心力是按效果命名的力向心力向心力思考：思考：在平直轨道上匀在平直轨道上匀速行驶的火车，速行驶的火车，火车受几个力作火车受几个力作用？这几个力的用？这几个力的关系如何？那火关系如何？那火车转弯时情况会车转弯时情况会有何不同呢？有何不同呢？火车转弯时是在火车转弯时是在做圆周运动，那做圆周运动，那么是什么力提供么是什么力提供向心力？向心力？实例实例一一一一、铁路的弯道、铁路的弯道、铁路的弯道、铁路的弯道车轮的构造车轮的构造火车车轮有突出的轮缘火车车轮有突出的轮缘车轮介绍车轮介绍 铁路的弯道铁路的弯道内外轨道一样高内外轨道一样高GGN N外轨对轮缘的弹力提供向心力外轨对轮缘的弹力提供向心力. 靠这种办靠这种办法得到的向法得到的向心力缺点是心力缺点是什么？如何什么？如何解决这一实解决这一实际问题？际问题？F F【最佳方案最佳方案】外轨略高于内轨外轨略高于内轨GFNF合合【方案剖析方案剖析】火车转弯规定火车转弯规定临界速度临界速度: :解析：解析：重力重力G与支持力与支持力FN的合力的合力F合合是使火车转弯的向心力是使火车转弯的向心力GNF当当 很小时，很小时，NhF 如图，斜面轨道倾角如图，斜面轨道倾角为为，转弯半径转弯半径R，要使，要使车轮对内外轨都无压力车轮对内外轨都无压力,质量为质量为m的火车运行的速的火车运行的速率应该多大率应该多大?火车拐弯应以规定速度行驶火车拐弯应以规定速度行驶G【研究与讨论】 如果火车在转弯处的速度不等于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？规定速度，会发生怎样情况？ 火车行驶速率火车行驶速率vv规定规定当火车行驶速率当火车行驶速率vv规定规定时时 当火车行驶速率当火车行驶速率vv规定规定时时GNN火车行驶速率火车行驶速率vv规定规定GNN外轨对轮缘有侧压力外轨对轮缘有侧压力内轨对轮缘有侧压力内轨对轮缘有侧压力【物理与生活】 20082008年年4 4月月1818日，我国铁路进行了第六次日，我国铁路进行了第六次大提速，时速将达大提速，时速将达200200公里以上，这必将为我公里以上，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？要对铁路拐弯处进行改造吗？应如何改造？列车速度过快,造成翻车事故 公路上的拱公路上的拱形桥是常见的，形桥是常见的，汽车过桥时，汽车过桥时，也可以看做圆也可以看做圆周运动。那么周运动。那么是什么力提供是什么力提供汽车的向心力汽车的向心力呢？呢？思考：思考：实例二、拱形桥二、拱形桥二、拱形桥二、拱形桥讨论 质量为质量为m的汽车在拱形桥上以速度的汽车在拱形桥上以速度v行驶，若桥行驶，若桥面的圆弧半径为面的圆弧半径为R，试画出受力分析图，分析汽车，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通过桥的最高点时对桥的压力 1、分析汽车的受力情况、分析汽车的受力情况2、找圆心、找圆心3、确定、确定F合合即即F向心力向心力的方向。的方向。4、列方程、列方程NGF合合= G-N你见过凹形桥吗?泸定桥 拓展:质量为m的汽车以恒定的速率v通过半径为r的凹形桥面,如图所示,求汽车在最低点时对桥面的压力是多大?解:汽车通过底部时,受力如图:GFN由牛顿第二定律:当汽车通过桥最低点时的速度逐渐增大时 FN和FN怎样变化?由牛顿第三定律：FFf超重比较三种桥面受力的情况FN = GGFNGGFNFN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,地面对车的支持力为零?这时驾驶员与座椅之间的压力是多少此时:第一宇宙速度三：航天器中的失重现象三：航天器中的失重现象 假设宇宙飞船总质量为假设宇宙飞船总质量为M，它在地球，它在地球表面附近绕地球做匀速圆周运动，其轨道表面附近绕地球做匀速圆周运动，其轨道半径近似等于地球半径半径近似等于地球半径r，航天员质量为，航天员质量为m，宇宙飞船和航天员受到的地球引力近似，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等于他们在地面上的重力mg试求座舱对试求座舱对宇航员的支持力为零时飞船的速度多大宇航员的支持力为零时飞船的速度多大?通过求解，你可以判断此时的宇航员处于通过求解，你可以判断此时的宇航员处于什么状态（超重或失重）。什么状态（超重或失重）。对宇航员，重力提供向心力：对宇航员，重力提供向心力：mg= mvmg= mv2 2/r/r由此可以得出由此可以得出宇航员处于完宇航员处于完全失重状态全失重状态此时人对座椅的压此时人对座椅的压力为零力为零课堂练习课堂练习1、质量、质量 m=100t的火车在轨道上行驶的火车在轨道上行驶,火车内外火车内外轨连线与水平面夹角为轨连线与水平面夹角为370 ，弯道半径，弯道半径R=30m。(1)当火车的速度当火车的速度v1=10m/s时时,轨道何处受侧压力轨道何处受侧压力?方向如何方向如何?(2)当火车的速度当火车的速度v2=15m/s时时,轨道何处受侧压力轨道何处受侧压力?方向如何方向如何?(3)当火车的速度当火车的速度v3=20m/s时时,轨道何处受侧压力轨道何处受侧压力?方向如何方向如何?课堂练习课堂练习2、一辆质量、一辆质量 m=2.0t的小轿车，驶过半径的小轿车，驶过半径R=100m的一段圆弧形桥面。的一段圆弧形桥面。(1)若桥面为凹形，汽车以若桥面为凹形，汽车以20m/s通过桥面最低通过桥面最低点时，对桥面的压力是多大？点时，对桥面的压力是多大？(2)若桥面为凸形，汽车以若桥面为凸形，汽车以10m/s通过桥面最高通过桥面最高点时，对桥面的压力是多大？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，对桥面刚汽车以多大速度凸形桥面顶点时，对桥面刚好没有压力？好没有压力？作业布置：优化设计 自己探究离心现象 物理报纸第32期同心县豫海回民中学 高一年级 制作：张安 时间：2014年3月19日