人教版物理必修二5.7生活中的圆周运动 课件
生活中的圆周运动（一）
------竖直面内的圆周运动
【探究交流】
绳子对小球的拉力F与小球重力G的关系 甲图：小球处于静止状态 乙图：小球摆动过程中经过最低点时
实 验 验 证
两力关系：F____G 理论依据：______
Байду номын сангаас
两力关系：F____G 理论依据：______
【知识回顾】 物体做圆周运动时，必须有力提供向心力 1、向心力的方向： 始终指向圆心，与速度垂直。 F= m
【思考与讨论】
汽车以相同的速度通过凹、凸形桥时，哪种情况下
车容易爆胎？
FN ＜mg 失重状态
FN ＞mg 超重状态
桥梁大多数建成拱形，而凹形桥却很少的原因.
【思考与讨论】
汽车的速度过大会出现什么结果？
【解】G和N的合力提供汽车做圆周运动的 向心力，由牛顿第二定律得： N
v2 GN m r2 v N Gm r
凹形桥
• 车过凹形桥
凹形桥
汽车以速度v过半径为r 的凹形桥最低点时
问题一：汽车受到的支持力与其重力的关系
问题二：汽车受到的支持力与其速度的关系 问题三：汽车受到的支持力与桥半径的关系
• 荡秋千
质量为25kg的小孩坐在秋千上，小孩离系绳子的横梁 2.5m。如果秋千板摆到最低点时，小孩运动速度的大小
FN+mg
思考：1.车过最高点速度为多少时,轨道对车的弹力为零?
2.车能过圆形轨道最高点的速度有什么要求？
【练习巩固】 乘坐如图所示游乐园的过山车时，质量为m的人随车在竖直平面内 沿圆周轨道运动，正确的是（ C ） A、人在最高点和最低点时的向心
加速度相等
B、车在最高点时人处于倒坐状态， 全靠保险带拉住，若没有保险带，人一定会掉下去 C、人在最低点时对座位的压力大于mg
是5m/s，求人对秋千板的压力是多大？(g=10m/s2)
【生活实例】
竖直面内的圆周运动------过最高点情况
【生活实例】
竖直面内的圆周运动------过最高点情况
• 车过拱（凸）形桥
拱形桥
• 车过拱形桥
拱形桥
汽车以速度v过半径为r 的拱形桥最高点时 问题一：汽车受到的支持力与其重力的关系 问题二：汽车受到的支持力与其速度的关系
2、向心力的大小：
3、向心力的作用：
v =mω2R
2
R
改变速度的方向，产生向心加速度。 在半径方向上的合力：可以由几个 力的合力、某一个力或某一个力的 分力来提供。
4、向心力的来源：
【生活实例】
竖直面内的圆周运动------过最低点情况
【生活实例】
竖直面内的圆周运动------过最低点情况
• 车过凹形桥
2018年9月10日星期一 16
【练习巩固】
在下面所介绍的各种情况中，哪种情况将出现超重现象 ①荡秋千经过最低点的小孩 ②汽车过凸形桥 ③汽车过凹形桥 ④在绕地球做匀速圆周运动的飞船中的仪器 A．①② C．①④ B．①③ D．③④
【答案】 B
【生活实例】
• 过山车
受力分析 FN mg
O
提供向心力
思考：汽车不在拱形桥的最高点或最 低点时，它的运动能用上面的方法求 解吗？
mgcosθ－FN=maN 所以FN=mgcosθ－maN 桥面支持力与夹角θ、车 速v都有关。
（
【生活实例】
航天器中的失重现象
对太空中的宇航员，重力提供向心力，此时人 对座椅的压力为零，宇航员处于完全失重状态
【练习巩固】
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
可见汽车的速度越大对桥的压力越小。 当
m
v
G
v
gr 时汽车对桥的压力为零。（临界速度）
当ｖ大于等于ｖ临界时，汽车做什么运动？
飞离桥面做平抛运动！汽车及其中的物体处于完全失重状态.
【思考与讨论】
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？……
【练习巩固】 有一辆质量为800kg的小汽车驶上圆弧半径为50m的拱桥。 （1）汽车到达桥顶时速度为5m/s，汽车对桥的压力是多大？ （2）汽车以多大速度经过桥顶时恰好对桥没有压力而腾空？
（3）汽车对地面的压力过小是不安全的，从这个角度讲，汽车
过桥时的速度不能过大。对于同样的车速，拱桥圆弧的半 径大些比较安全，还是小些比较安全？ （4）如果拱桥的半径增大到与地球半径R一样，汽车要在桥面 上腾空，速度要多大？
------竖直面内的圆周运动
【探究交流】
绳子对小球的拉力F与小球重力G的关系 甲图：小球处于静止状态 乙图：小球摆动过程中经过最低点时
实 验 验 证
两力关系：F____G 理论依据：______
Байду номын сангаас
两力关系：F____G 理论依据：______
【知识回顾】 物体做圆周运动时，必须有力提供向心力 1、向心力的方向： 始终指向圆心，与速度垂直。 F= m
【思考与讨论】
汽车以相同的速度通过凹、凸形桥时，哪种情况下
车容易爆胎？
FN ＜mg 失重状态
FN ＞mg 超重状态
桥梁大多数建成拱形，而凹形桥却很少的原因.
【思考与讨论】
汽车的速度过大会出现什么结果？
【解】G和N的合力提供汽车做圆周运动的 向心力，由牛顿第二定律得： N
v2 GN m r2 v N Gm r
凹形桥
• 车过凹形桥
凹形桥
汽车以速度v过半径为r 的凹形桥最低点时
问题一：汽车受到的支持力与其重力的关系
问题二：汽车受到的支持力与其速度的关系 问题三：汽车受到的支持力与桥半径的关系
• 荡秋千
质量为25kg的小孩坐在秋千上，小孩离系绳子的横梁 2.5m。如果秋千板摆到最低点时，小孩运动速度的大小
FN+mg
思考：1.车过最高点速度为多少时,轨道对车的弹力为零?
2.车能过圆形轨道最高点的速度有什么要求？
【练习巩固】 乘坐如图所示游乐园的过山车时，质量为m的人随车在竖直平面内 沿圆周轨道运动，正确的是（ C ） A、人在最高点和最低点时的向心
加速度相等
B、车在最高点时人处于倒坐状态， 全靠保险带拉住，若没有保险带，人一定会掉下去 C、人在最低点时对座位的压力大于mg
是5m/s，求人对秋千板的压力是多大？(g=10m/s2)
【生活实例】
竖直面内的圆周运动------过最高点情况
【生活实例】
竖直面内的圆周运动------过最高点情况
• 车过拱（凸）形桥
拱形桥
• 车过拱形桥
拱形桥
汽车以速度v过半径为r 的拱形桥最高点时 问题一：汽车受到的支持力与其重力的关系 问题二：汽车受到的支持力与其速度的关系
2、向心力的大小：
3、向心力的作用：
v =mω2R
2
R
改变速度的方向，产生向心加速度。 在半径方向上的合力：可以由几个 力的合力、某一个力或某一个力的 分力来提供。
4、向心力的来源：
【生活实例】
竖直面内的圆周运动------过最低点情况
【生活实例】
竖直面内的圆周运动------过最低点情况
• 车过凹形桥
2018年9月10日星期一 16
【练习巩固】
在下面所介绍的各种情况中，哪种情况将出现超重现象 ①荡秋千经过最低点的小孩 ②汽车过凸形桥 ③汽车过凹形桥 ④在绕地球做匀速圆周运动的飞船中的仪器 A．①② C．①④ B．①③ D．③④
【答案】 B
【生活实例】
• 过山车
受力分析 FN mg
O
提供向心力
思考：汽车不在拱形桥的最高点或最 低点时，它的运动能用上面的方法求 解吗？
mgcosθ－FN=maN 所以FN=mgcosθ－maN 桥面支持力与夹角θ、车 速v都有关。
（
【生活实例】
航天器中的失重现象
对太空中的宇航员，重力提供向心力，此时人 对座椅的压力为零，宇航员处于完全失重状态
【练习巩固】
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
可见汽车的速度越大对桥的压力越小。 当
m
v
G
v
gr 时汽车对桥的压力为零。（临界速度）
当ｖ大于等于ｖ临界时，汽车做什么运动？
飞离桥面做平抛运动！汽车及其中的物体处于完全失重状态.
【思考与讨论】
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？……
【练习巩固】 有一辆质量为800kg的小汽车驶上圆弧半径为50m的拱桥。 （1）汽车到达桥顶时速度为5m/s，汽车对桥的压力是多大？ （2）汽车以多大速度经过桥顶时恰好对桥没有压力而腾空？
（3）汽车对地面的压力过小是不安全的，从这个角度讲，汽车
过桥时的速度不能过大。对于同样的车速，拱桥圆弧的半 径大些比较安全，还是小些比较安全？ （4）如果拱桥的半径增大到与地球半径R一样，汽车要在桥面 上腾空，速度要多大？
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高中物理必修2人教版5.7生活中的圆周运动课件
则下列说法中正确的是（AC ）
A．当以v的速度通过此弯路时，火车重力与轨道面支持 力的协力提供向心力 B．当以v的速度通过此弯路时，火车重力、轨道面支持 力和外轨对轮缘弹力的协力提供向心力 C．当速度大于v时，轮缘挤压外轨 D．当速度小于v时，轮缘挤压外轨
2.(多选)(2013·新课标全国卷Ⅱ)公路急转弯处通常是 交通事故多发地带。如图,某公路急转弯处是一圆弧,当 汽车行驶的速率为v0时,汽车恰好没有向公路内外两侧滑
v2
G FN m r
G
FN
v2
FN G m r
G
FN
FN = G
G
小 结：
最高点
最低点
汽车对桥面的压力 超重失重状态
N G m v2 G r
N G m v2 G r
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
G
火车行驶速率v<v临界
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．
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 体除了受到其他力的作用，还 要再受到一个向心力，那就不 对了。
1、火车轨道在转弯处外轨高于内轨，其高度差由转弯半 径与火车速度确定。若在某转弯处规定行驶的速度为v，
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？
1、汽车过凸形桥
质量为m 的汽车以恒定的速率v通过半径为r的拱
桥,如图所示,求汽车在桥顶时对路面的压力是多 大?
A．当以v的速度通过此弯路时，火车重力与轨道面支持 力的协力提供向心力 B．当以v的速度通过此弯路时，火车重力、轨道面支持 力和外轨对轮缘弹力的协力提供向心力 C．当速度大于v时，轮缘挤压外轨 D．当速度小于v时，轮缘挤压外轨
2.(多选)(2013·新课标全国卷Ⅱ)公路急转弯处通常是 交通事故多发地带。如图,某公路急转弯处是一圆弧,当 汽车行驶的速率为v0时,汽车恰好没有向公路内外两侧滑
v2
G FN m r
G
FN
v2
FN G m r
G
FN
FN = G
G
小 结：
最高点
最低点
汽车对桥面的压力 超重失重状态
N G m v2 G r
N G m v2 G r
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
G
火车行驶速率v<v临界
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．
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 体除了受到其他力的作用，还 要再受到一个向心力，那就不 对了。
1、火车轨道在转弯处外轨高于内轨，其高度差由转弯半 径与火车速度确定。若在某转弯处规定行驶的速度为v，
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？
1、汽车过凸形桥
质量为m 的汽车以恒定的速率v通过半径为r的拱
桥,如图所示,求汽车在桥顶时对路面的压力是多 大?
高中物理人教版(必修二)课件第五章 7.生活中的圆周运动 (共38张PPT)
cos������ ������������ D.这时铁轨对火车的支持力大于 cos������
解析:
由牛顿第二定律 F
������2 ,解得 合=m ������
F
合
=mgtan θ,此时火车受重力和
������������ ,内、外轨 cos������
铁路轨道的支持力作用,如图所示,FNcos θ=mg,则 FN= 道对火车均无侧压力,故 C 正确,A、B、D 错误。 答案:C
迁移应用 铁路转弯的圆弧半径是 300 m,轨距是 1 435 mm,规定火车通过 这里的速度是 72 km/h。则: (1)内外轨的高度差该是多大时才能使铁轨不受轮缘的挤压? (2)保持内外轨的这个高度差,如果车的速度大于或小于 72 km/h,会分别发生什么现象?说明理由。 解析:(1)火车在转弯时所需的向心力在“临界”状况时由火车所 受的重力和轨道对火车的支持力的合力提供,如图所示,图中 h 为内 外轨的高度差,d 为轨距。
思考探究 1.在平直轨道上匀速行驶的火车,所受的合力为零,那么火车在 转弯时呢?是什么力提供向心力? 答案:火车转弯时,所受合力不再是零;此时需要铁轨对火车提 供水平方向的力充当向心力。 2.内外铁轨相平时,铁轨怎么会对火车提供水平方向的作用力 呢? 答案:内外轨相平时,外轨对火车外轮产生水平向里的弹力,提供 火车转弯所需的向心力。 3.内外铁轨相平时,外轨对外轮轮缘的弹力提供使火车转弯的 向心力,这种方法在实际中可取吗?为什么? 答案:这种方法不可取,因为火车质量巨大,转弯时需要巨大的向 心力,仅靠铁轨的侧向弹力提供的话,很容易损坏铁轨。 4.为了使铁轨不受到损坏,在铁轨铺设方面,应该采取怎样的措 施呢? 答案:在转弯处,使外轨略高于内轨,转弯时火车所受的重力和铁 轨对火车的弹力的合力充当向心力。
新版人教版必修2 5.7高一物理生活中的圆周运动(共43张PPT)学习PPT
F 0
Fmr2 Fmr2
作离心运动的条件：
F合0或 F合Fn
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
当去汽车通的过桥倾顶时向的速度,在逐渐增合大时外FN 和力FN突′会怎然样变化消? 失或者不足以提供圆周运动所
问力需题，： 减当小的火静车摩向提擦速力心后的，负如担力何。对的旧的情铁路弯况道进下行改,做逐渐远离圆心的离心运动;当合
此时: v gr 9.864 1 00 0 m /0 s 0 7.9km /s
第一宇 宙速度
你见过凹形桥吗?
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:
FN
由牛顿第二定律:
Ff
F由N牛顿m第g三定m律vr：2FNFNFNmg mmgvr2mFvr2
G
超重
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?
比较三种桥面受力的情况
FN
v2 GFN m r
G
FN
FN
G mv2 r
G
FN
FN = G
G
问题4、航天器中的失重现象
什么维持近地航天器做圆周运动？
万有引力
• 设航天器质量为M，它绕地球做匀速圆周运动，
其轨道半径近似等于地球半径R，航天员的质
物体才可能做匀速圆周运动。 当汽车通过桥顶时的速度逐渐增大时FN 和 FN′会怎样变化?
如果能，对速度有什么要求？
3、离心运动的应用和防止
"供""需"是否平衡决定物体做何种运动 "供需"平衡 物体做匀速圆周运动
Fmr2 Fmr2
作离心运动的条件：
F合0或 F合Fn
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
当去汽车通的过桥倾顶时向的速度,在逐渐增合大时外FN 和力FN突′会怎然样变化消? 失或者不足以提供圆周运动所
问力需题，： 减当小的火静车摩向提擦速力心后的，负如担力何。对的旧的情铁路弯况道进下行改,做逐渐远离圆心的离心运动;当合
此时: v gr 9.864 1 00 0 m /0 s 0 7.9km /s
第一宇 宙速度
你见过凹形桥吗?
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:
FN
由牛顿第二定律:
Ff
F由N牛顿m第g三定m律vr：2FNFNFNmg mmgvr2mFvr2
G
超重
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?
比较三种桥面受力的情况
FN
v2 GFN m r
G
FN
FN
G mv2 r
G
FN
FN = G
G
问题4、航天器中的失重现象
什么维持近地航天器做圆周运动？
万有引力
• 设航天器质量为M，它绕地球做匀速圆周运动，
其轨道半径近似等于地球半径R，航天员的质
物体才可能做匀速圆周运动。 当汽车通过桥顶时的速度逐渐增大时FN 和 FN′会怎样变化?
如果能，对速度有什么要求？
3、离心运动的应用和防止
"供""需"是否平衡决定物体做何种运动 "供需"平衡 物体做匀速圆周运动
人教版高中物理必修2第5章第7节生活中的圆周运动(共41张PPT)
FN
析
θ
F合＝mg tanθ
F合
O v＝ gR tanθ
G
火车转弯时所
θ
需的向心力
Fn
=
m
v2
R
轨道对轮缘 无挤压，此 时火车的速 度为多大？
若火车的速度 大于或小于这 个值时，轨道 对轮缘有挤压
吗？
FN
G Fθ
FN
当v gr tan，即F合 Fn时
轮缘受到外轨向内的弹力。
当v gr tan，即F合 Fn时
D．限制火车向外脱轨
古老的赵州桥—中国人的骄
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？
拱
形 汽车质量为m，通过桥最
FN
桥 高点速度为v，桥半径为
R，则在最高点汽车对桥
的压力为多大？
mg
F合＝mg－FN
Fn=
m
v2
R
∴
mg－FN＝m
v2
R
∴
FN ＝mg－m
v2
R
由牛顿第三定律得
若汽车通过拱 桥的速度增大， 会出现什么情
况？
FN ＜mg
F压＝FN
＝mg－m
v2
R
拱
形
FN
桥
FN ＝mg－m
v2
R
mg
当FN = 0 时，汽车脱离桥面，做平抛运动，汽车
及其中的物体处于完全失重状态。
FN＝0 时，
汽车的速
mg＝m
v2
R
v＝ gR
度为多大？
向心、圆周、离心运动
供 提供物体做圆 周运动的力
(人教版)物理必修二：5.7《生活中的圆周运动》ppt课件
7－3
预习导学
7 生活中的圆周运动
火车转弯时，重力 mg 和支持力 FN 的合力提供其所需要的
向心力，即 mgtan θ＝mvR20，解得 v0＝ gRtan θ，在转
弯处轨道确定的情况下，火车转弯时的速度应是一个确定 的值 v0(规定速度)．
3．速度与轨道压力的关系
(1)当v＝ v 0时，所需向心力仅由重力和弹力的协力提供， 此时内外轨道对火车均无挤压作用．
预习导学 课堂讲义
预习导学
7 生活中的圆周运动
图5－7－8
(2)若 F 合>mrω2 或 F 合>mrv2，物体做半径变小的近心运动，即“提 供”大于“需要”．
(3)若 F 合<mrω2 或 F 合<mrv2，则外力不足以将物体拉回到原圆周
轨道上，物体逐渐远离圆心而做离心运动，即“需要”大于“提 供”或“提供不足”． (4)若 F 合＝0，则物体沿切线方向飞出，做匀速直线运动．
预习导学 课堂讲义
预习导学
7 生活中的圆周运动
解析 分别以水桶和桶中的水为研究对象，对它们进行受力 分析，找出它们做圆周运动所需向心力的来源，根据牛顿运 动定律建立方程求解． (1)以水桶中的水为研究对象，在最高点恰好不流出来，说明 水的重力恰好提供其做圆周运动所需的向心力，此时桶的速 率最小． 此时有：mg＝mvr02，则所求的最小速率为：v0＝ gr＝2．24 m/s.
(2)向心力来源(最高点和最低点)：汽车做圆周运动，重力
和桥面的支持力的协力提供向心力．
2．汽车驶至凹形桥面的底部时，加速度向上，合力向上，此时 满足 FN－mg＝mvR2，FN＝mg＋mvR2>mg，车对桥面压力最大．
3．当车驶至凸形桥面的顶部时，加速度向下，合力向下，此时 满足 mg－FN＝mvR2，FN＝mg－mvR2<mg，车对桥面的压力最 小．
预习导学
7 生活中的圆周运动
火车转弯时，重力 mg 和支持力 FN 的合力提供其所需要的
向心力，即 mgtan θ＝mvR20，解得 v0＝ gRtan θ，在转
弯处轨道确定的情况下，火车转弯时的速度应是一个确定 的值 v0(规定速度)．
3．速度与轨道压力的关系
(1)当v＝ v 0时，所需向心力仅由重力和弹力的协力提供， 此时内外轨道对火车均无挤压作用．
预习导学 课堂讲义
预习导学
7 生活中的圆周运动
图5－7－8
(2)若 F 合>mrω2 或 F 合>mrv2，物体做半径变小的近心运动，即“提 供”大于“需要”．
(3)若 F 合<mrω2 或 F 合<mrv2，则外力不足以将物体拉回到原圆周
轨道上，物体逐渐远离圆心而做离心运动，即“需要”大于“提 供”或“提供不足”． (4)若 F 合＝0，则物体沿切线方向飞出，做匀速直线运动．
预习导学 课堂讲义
预习导学
7 生活中的圆周运动
解析 分别以水桶和桶中的水为研究对象，对它们进行受力 分析，找出它们做圆周运动所需向心力的来源，根据牛顿运 动定律建立方程求解． (1)以水桶中的水为研究对象，在最高点恰好不流出来，说明 水的重力恰好提供其做圆周运动所需的向心力，此时桶的速 率最小． 此时有：mg＝mvr02，则所求的最小速率为：v0＝ gr＝2．24 m/s.
(2)向心力来源(最高点和最低点)：汽车做圆周运动，重力
和桥面的支持力的协力提供向心力．
2．汽车驶至凹形桥面的底部时，加速度向上，合力向上，此时 满足 FN－mg＝mvR2，FN＝mg＋mvR2>mg，车对桥面压力最大．
3．当车驶至凸形桥面的顶部时，加速度向下，合力向下，此时 满足 mg－FN＝mvR2，FN＝mg－mvR2<mg，车对桥面的压力最 小．
新人教版物理 必修2 5.7-生活中的圆周运动-课件) (共45张PPT)
1．转弯处火车的规定速度 铁路的弯道处，外轨高于内轨，若 火车转弯所需的向心力完全由重力和支 持力的合力提供，即 mgtanθ＝mvR02，则 v0＝ gRtanθ，如图 5－7－4 所示。 其中 R 为弯道半径，θ 为轨道 所在平面与水平面的夹角，v0 为转弯处 的规定速度。
图5－7－4
2．明确圆周平面 虽然外轨高于内轨，但整个外轨是等高的，整个内轨 是等高的。因而火车在行驶的过程中，重心的高度不变， 即火车重心的轨迹在同一水平面内。故火车的圆周平面是 水平面，而不是斜面。火车的向心加速度和向心力均是沿 水平面而指向圆心。
[试身手·夯基础]
1．在水平铁路转弯处，往往使外轨略高于内轨，这是
为了
()
A．减小火车轮子对外轨的挤压
B．减小火车轮子对内轨的挤压
C．使火车车身倾斜，利用重力和支持力的合力提供转
弯所需的向心力
D．限制火车向外脱轨
解析：火车轨道建成外高内低，火车转弯时，轨道的支持 力与火车的重力两者的合力指向弧形轨道的圆心。若合力 大于火车转弯所需的向心力(火车速度较小时)，则火车轮 缘挤压内侧铁轨；若合力等于所需向心力(火车速度刚好等 于规定速度时)，则火车不挤压铁轨；若合力小于所需向心 力(火车速度较大时)，则火车挤压外侧铁轨。所以这种设 计主要是为了减少对铁轨的挤压破坏，故A、B、C正确。 答案：ABC
1．(对应要点一)铁路转弯处的弯道半径r是由地形决定的。
弯道处要求外轨比内轨高，其内外轨高度差h的设计不仅
与r有关，还与火车在弯道上的行驶速率v有关。下列说法
正确的是
()
A．v一定时，r越小，要求h越大
3．速度与轨道压力的关系 (1)当火车行驶速度v等于规定速度v0时，所需向心力仅由 重力和支持力的合力提供，此时内外轨道对火车无挤压作用。 (2)当火车行驶速度v与规定速度v0不相等时，火车所需向 心力不再仅由重力和支持力的合力提供，此时内外轨道对火车 轮缘有挤压作用，具体情况如下： ①当火车行驶速度v＞v0时，外轨道对轮缘有侧压力。 ②当火车行驶速度v＜v0时，内轨道对轮缘有侧压力。
人教版高中物理必修二：5.7《生活中的圆周运动》课件(共29张PPT)
υ2
r
处，车辆行驶不允许超过规定的速
F
汽车
度。
小结
向心、圆周、离心运动
供 提供物体做圆 周运动的力
需 物体做匀速圆周 运动所需的力
“供”“需”是否平衡决定物体做何种运动
Fn=m v2 r v2
Fn<m r
Fn>m v2 r
圆周运动 离心运动 向心运动
课堂小结
一.铁路的弯道 1. 向心力的来源:A外轨高于内轨时,重力与支持力的合力
四.离心运动
1.离心现象的分析与讨论．
22.离024年心9月运25日动星期的三 应用和防止．
27
处理圆周运动问题的基本思路：
1）找到圆周运动的圆平面，确定圆心找到半径 2）受力分析，找到向心力的来源；
3）利用向心力公式Fn=man列方程求解
实质是牛顿第二定律 在圆周运动中的应用 只不过这里的加速度 是向心加速度。
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。
思考问题？
Fn= F需向 做什么运动？ Fn = 0 做什么运动？ Fn F ＜ 需向 做什么运动？
圆周 切线 离心
Fn F ＞ 需向 做什么运动？ 近心
2.物体作离心运动的条件： Fn < F需向
●离心运动的应用
离
离
心
心
背景问题1、火车转弯：
θ很小时,sinθ≈tanθ
◆圆周运动(Circular motion)
N
生 铁路的弯道
活
中 (2) 外轨高内轨低时转弯
的 圆
mg tan m v2
r
此为火车 转弯时的
Fn
r
θ
周 mg sin m v2 设计速度
新人教版高中物理必修2课件5-7生活中的圆周运动 (共33张PPT)
N
F
α
α
G
设内外轨间的距离为L，内外轨的高 度差为h，火车转弯的半径为R，则
火车转弯的规定速度为v0 是多少?
LR h
θ
FN
Hale Waihona Puke F合 L hθ G
F合=mgtan≈mgsin =mgh/L
由牛顿第二定律得：
F合=man 所以mgh/L=m
v02 R
即火车转弯的规定速度v0= Rgh
L
海南汽车试验场
。2021年3月18日星期四2021/3/182021/3/182021/3/18
• 15、会当凌绝顶，一览众山小。2021年3月2021/3/182021/3/182021/3/183/18/2021
• 16、如果一个人不知道他要驶向哪头，那么任何风都不是顺风。2021/3/182021/3/18March 18, 2021
都处于完全失重 状态。 为了全人类的和平进步， 中国人来到太空了
航天器中的宇航员
g
近地卫星
g0
g
（提示重力如何变）
远离地球的卫星
G
太空行走
在航天飞机中所有和重力有关的仪器都无法使用！
0
无法用天平测量物体的质量 弹簧测力计无法测量物体的重力. 但仍能测量拉力或压力的大小。
利用完全失重条件的科学研究
当离心机转得比较慢时， 缩口的阻力 F 足以提供所需 的向心力，缩口上方的水银 柱做圆周运动。当离心机转 得相当快时，阻力 F 不足以 提供所需的向心力，水银柱 做离心运动而进入玻璃泡内。
（4）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。
人教版高中物理必修2第5章第7节生活中的圆周运动(共45张PPT)
mg
m
v2 R
m g
FN
mg
m
v2 R
比较三种桥面受力的情况
N
G
FN
G m v2 r
N
v2 FN G m r
G N
FN =G
G
三.航天器中的失重现象
1.航天员随太空船一起做什么运动？ 2.宇航员处于什么状态？为什么？
请大家阅读课本28面-
--思考与讨论
说出你的想法
把地球看做一个巨大的拱形桥，是什么力 提供给汽车做圆周运动运动的向心力？
6 m／s ； 2.5N
例、用一轻杆栓着质量为m的物体,在竖 直平面内做圆周运动,则下列说法正确的 是: A.小球过最高点时,杆子的张力可以为零 B小球过最高点时,杆子对小球的作用力 可以与球所受的重力方向相反
R
Fn
= m v2 r
8105N
轮缘与外轨间的相互作用力太大，铁轨
和车轮极易受损！
4、为了减轻铁轨的受损程度，你能提出 一些可行的方案吗？
FN
θ
F合
O
G
θ
让重力和支持力的合力提供向心力，来减 少外轨对轮缘的挤压。
FN
θ
F合
O
G
θ
1、火车的速度为多大时轨道对轮缘无挤压？
F合＝mg tanθ
v2 Fn m r
例题1：一辆汽车m=2.0×103kg在 水平公路上行驶，经过半径r=50m 的弯路时，如果车速度v=72km/h， 这辆汽车会不会发生侧滑？（已知轮
胎与路面间的最大静摩擦力fm= 1.4×104N）
解；v=72km/h=20m/s
Fn
=
m
人教版高中物理必修二 第五章第七节生活中的圆周运动 课件(共42张PPT)
向心力是由外轨对轮缘的水平弹力提供 的，这种情况下铁轨容易损坏，轮缘也容易 损坏。
FN
F向
O
F弹
mg
2、当外轨比内轨高时
mg tan = m v02/r
FN
v0 gr tan F
h
θ
mg
设火车转弯时的实际速度为v，
(向1弹) 力v＝；v0时，内外轨对轮缘均没有侧
(2) v＞v0时，外轨对轮缘有侧向弹力；
生活中的圆周运动
向心力公式的理解
提供物体做匀速 圆周运动的力
F =m v2
r
物体做匀速圆周 运动所需的力
“供需”平衡 物体做匀速圆周运 动
从“供” “需”两方面研究做圆周运动的 物体
一、汽车转弯
思考： 什么力提供 向心力？
赛道的设计
二、铁路的弯道
外轮 外轨
内轮 内轨
火车转弯时所需的向心力，是由什么力提供 的？ 1、当内外轨一样高时
(3) v＜v0时，内轨对轮缘有侧向弹力。
FN
FN
F
外侧 θ
mg 内侧
F
外侧
θ
FN/
mg 内侧
列车速度过快，造成翻车事故
三、汽车通过拱形桥、凹形桥时所需的向心力，是 由什么力提供的？
FN
v2
mg
mg - FN = m R - - - (1)
FN
FN < mg 发生失重现象
FN -
mg =
m v2 R
四、离心运动 4、防止：
(1) 为什么汽车在公路转弯处要限速？
(2) 为什么转动的砂轮、飞轮等都要限速？
FN F静
mg
静摩擦力提供向心力
O
FN
F向
O
F弹
mg
2、当外轨比内轨高时
mg tan = m v02/r
FN
v0 gr tan F
h
θ
mg
设火车转弯时的实际速度为v，
(向1弹) 力v＝；v0时，内外轨对轮缘均没有侧
(2) v＞v0时，外轨对轮缘有侧向弹力；
生活中的圆周运动
向心力公式的理解
提供物体做匀速 圆周运动的力
F =m v2
r
物体做匀速圆周 运动所需的力
“供需”平衡 物体做匀速圆周运 动
从“供” “需”两方面研究做圆周运动的 物体
一、汽车转弯
思考： 什么力提供 向心力？
赛道的设计
二、铁路的弯道
外轮 外轨
内轮 内轨
火车转弯时所需的向心力，是由什么力提供 的？ 1、当内外轨一样高时
(3) v＜v0时，内轨对轮缘有侧向弹力。
FN
FN
F
外侧 θ
mg 内侧
F
外侧
θ
FN/
mg 内侧
列车速度过快，造成翻车事故
三、汽车通过拱形桥、凹形桥时所需的向心力，是 由什么力提供的？
FN
v2
mg
mg - FN = m R - - - (1)
FN
FN < mg 发生失重现象
FN -
mg =
m v2 R
四、离心运动 4、防止：
(1) 为什么汽车在公路转弯处要限速？
(2) 为什么转动的砂轮、飞轮等都要限速？
FN F静
mg
静摩擦力提供向心力
O