【課件】生活中的圓周運動+課件高一下學期物理人教版（2019）必修第二冊

4生活中的圓周運動第六章圓周運動火車轉(zhuǎn)彎一思考：在鐵道彎道處，稍微留意一下，就能發(fā)現(xiàn)內(nèi)、外軌道的高度略有不同。你能解釋其中的原因嗎？火車轉(zhuǎn)彎一1.了解火車車輪的構(gòu)造輪緣踏面鐵軌火車轉(zhuǎn)彎一2.火車轉(zhuǎn)彎時的動力學分析

（1）在水平軌道轉(zhuǎn)彎F彈GFN問1：火車受幾個力？什么力充當向心力？問2：這種轉(zhuǎn)彎方式的缺點是什么？

火車轉(zhuǎn)彎一2.火車轉(zhuǎn)彎時的動力學分析問3：如何設(shè)計來避免這種情況？答：使用傾斜軌道西班牙火車脫軌，限速80km/h，時速179km/h，最終致80人死亡火車轉(zhuǎn)彎一2.火車轉(zhuǎn)彎時的動力學分析火車轉(zhuǎn)彎時在水平面內(nèi)做圓周運動（2）在傾斜軌道轉(zhuǎn)彎問：為了不擠壓內(nèi)外軌道？什么力充當向心力？

mgFNθF合

其中R為彎道半徑，θ為軌道平面與水平面間的夾角.火車轉(zhuǎn)彎（規(guī)律總結(jié)）一mgFNθF合

(1)當火車行駛速度v=v安時：

內(nèi)外軌道對車輪無擠壓作用，此時為最安全的轉(zhuǎn)彎速度(2)當火車行駛速度v>v安時：

外軌道對輪緣有向內(nèi)的壓力，此時外軌道易損壞(3)當火車行駛速度v<v安時：

內(nèi)軌道對輪緣有向外的壓力，此時內(nèi)軌道易損壞3.速度與軌道壓力的關(guān)系

汽車過拱形橋二思考：為什么在生活中凸形橋比較多，而凹形橋比較少？汽車過拱形橋二1.汽車過凸形橋

問1：汽車過凸形橋時，在最高點，車對橋的壓力為多少？mg－FN對車在最高點進行受力分析由向心力公式可得：解：

FN＝根據(jù)牛三定律：FN′＝FN＝<mg汽車處于失重狀態(tài)（FN<mg，a方向向下

）汽車過拱形橋二1.汽車過凸形橋

問2：汽車過凸形橋時，運動速度變大，車對橋的壓力如何變化？解：

FN＝當FN=0時，汽車脫離橋面，做平拋運動，汽車及其中的物體處于完全失重狀態(tài)即汽車速度越大，對橋面壓力越小

當FN=0時，汽車的速度為多大？（臨界速度）汽車過拱形橋二2.汽車過凹形橋

問：汽車過凹形橋時，在最低點，車對橋的壓力是怎么樣的？解：對車在最低點進行受力分析由向心力公式可得：

FN＝FN－mg根據(jù)牛三定律：FN′＝FN＝

>

mg汽車處于超重狀態(tài)（FN

>

mg，a方向向上

）若汽車通過凹形橋的速度增大，會出現(xiàn)什么情況？汽車過拱形橋（規(guī)律總結(jié)）二受力分析

汽車對橋面的壓力超重失重狀態(tài)失重超重FN＝<mg

FN＝>mg汽車過橋問題與航天器中的失重現(xiàn)象二汽車過橋問題與航天器中的失重現(xiàn)象二解：

此時司機與車處于完全失重狀態(tài)這里描述的場景已經(jīng)實現(xiàn)了，不過不是汽車上，而是在航天器中航天器中的失重現(xiàn)象三問1：航天器在發(fā)射升空（加速上升）時，航天員處于超重還是失重狀態(tài)？解：FN－mg=maFN＞mgmgFNa問2：航天器在軌道正常運行（繞地球做勻速圓周運動）時，航天員處于超重還是失重狀態(tài)？航天器中的失重現(xiàn)象三解：問2：航天器在軌道正常運行（繞地球做勻速圓周運動）時，航天員處于超重還是失重狀態(tài)？航天器繞地球做勻速圓周運動，假設(shè)它的線速度大小為v，軌道半徑近似等于地球半徑R，航天員受到的地球引力近似等于他在地面收到的重力mgFN＝<mg

離心運動四問1：這兩張動圖反應(yīng)了物體做離心運動的特點，他們之間有什么區(qū)別？離心運動四1.定義：做圓周運動的物體沿切線飛出或做

圓心的運動.2.原因：向心力突然

或合力

.3.離心運動的應(yīng)用和防止(1)應(yīng)用：離心干燥器；洗衣機的

；離心制管技術(shù)；分離血漿和紅細胞的離心機.(2)防止：轉(zhuǎn)動的砂輪、飛輪的轉(zhuǎn)速不能太高；在公路彎道，車輛不允許超過

.逐漸遠離消失不足以提供所需的向心力脫水筒規(guī)定的速度離心運動三1.物體做離心運動的原因提供向心力的合力突然消失，或者合力不能提供足夠的向心力.注意：物體做離心運動并不是物體受到“離心力”作用，而是由于合外力不能提供足夠的向心力.所謂“離心力”實際上并不存在.2.合力與向心力的關(guān)系(如圖所示).(4)若F合＝0，則物體沿切線方向做直線運動.第六章圓周運動本課結(jié)束探究重點提升素養(yǎng)02例1

鐵路在彎道處的內(nèi)外軌道高度是不同的，已知內(nèi)外軌道平面與水平面的夾角為θ，如圖3所示，彎道處的圓弧半徑為R，若質(zhì)量為m的火車轉(zhuǎn)彎時速度等于

，則A.內(nèi)軌對內(nèi)側(cè)車輪輪緣有擠壓B.外軌對外側(cè)車輪輪緣有擠壓圖3√針對訓練

(多選)公路急轉(zhuǎn)彎處通常是交通事故多發(fā)地帶.如圖4所示，某公路急轉(zhuǎn)彎處是一圓弧，當汽車行駛的速率為v0時，汽車恰好沒有向公路內(nèi)外兩側(cè)滑動的趨勢.則在該彎道處A.路面外側(cè)高、內(nèi)側(cè)低B.車速只要低于v0，車輛便會向內(nèi)側(cè)滑動C.車速雖然高于v0，但只要不超出某一最高限度，車輛便不會向

外側(cè)滑動D.當路面結(jié)冰時，與未結(jié)冰時相比，v0的值變小圖4√√解析當汽車行駛的速率為v0時，汽車恰好沒有向公路內(nèi)外兩側(cè)滑動的趨勢，即不受靜摩擦力，此時僅由其重力和路面對其支持力的合力提供向心力，所以路面外側(cè)高、內(nèi)側(cè)低，選項A正確；當車速低于v0時，需要的向心力小于重力和支持力的合力，汽車有向內(nèi)側(cè)運動的趨勢，受到的靜摩擦力向外側(cè)，并不一定會向內(nèi)側(cè)滑動，選項B錯誤；當車速高于v0時，需要的向心力大于重力和支持力的合力，汽車有向外側(cè)運動的趨勢，靜摩擦力向內(nèi)側(cè)，速度越大，靜摩擦力越大，只有靜摩擦力達到最大以后，車輛才會向外側(cè)滑動，選項C正確；汽車過橋問題與航天器中的失重現(xiàn)象二1.拱形橋問題(1)汽車過拱形橋(如圖5)圖5說明：汽車通過拱形橋的最高點時，向心加速度向下，汽車對橋的壓力小于其自身的重力，而且車速越大，壓力越小，此時汽車處于失重狀態(tài).(2)汽車過凹形橋(如圖6)說明：汽車通過凹形橋的最低點時，向心加速度向上，而且車速越大，壓力越大，此時汽車處于超重狀態(tài).由于汽車對橋面的壓力大于其自身重力，故凹形橋易被壓垮，因而實際中拱形橋多于凹形橋.圖62.繞地球做圓周運動的衛(wèi)星、飛船、空間站處于完全失重狀態(tài).(3)航天器內(nèi)的任何物體都處于完全失重狀態(tài).例2如圖所示，地球可以看成一個巨大的拱形橋，橋面半徑R＝6400km，地面上行駛的汽車中駕駛員的重力G＝800N，在汽車不離開地面的前提下，下列分析中正確的是A.汽車的速度越大，則汽車對地面的壓力也越大B.不論汽車的行駛速度如何，駕駛員對座椅壓力大小都等于800NC.只要汽車行駛，駕駛員對座椅壓力大小都小于他自身的重力D.如果某時刻速度增大到使汽車對地面壓力為零，則此時駕駛員會有超重的感覺√解析汽車以及駕駛員的重力和地面對汽車的支持力的合力提供汽車做圓周運動所需向心力，則有mg－FN＝m，重力是一定的，v越大，則FN越小，故A錯誤；因為只要汽車行駛，駕駛員的一部分重力則會用于提供駕駛員做圓周運動所需的向心力，結(jié)合牛頓第三定律可知駕駛員對座椅壓力大小小于其自身的重力，故B錯誤，C正確；如果速度增大到使汽車對地面的壓力為零，說明汽車和駕駛員的重力全部用于提供做圓周運動所需的向心力，處于完全失重狀態(tài)，此時駕駛員會有失重的感覺，故D錯誤.例3如圖8所示，質(zhì)量m＝2.0×104kg的汽車以不變的速率先后駛過凹形橋面和凸形橋面，兩橋面的圓弧半徑均為60m，如果橋面能承受的壓力不超過3.0×105N，則：(g取10m/s2)(1)汽車允許的最大速率是多少？圖8(2)若以所求速率行駛，汽車對橋面的最小壓力是多少？答案1.0×105N解析汽車在凸形橋頂部時，合力向下，汽車受到的支持力最小，由牛頓第二定律得由牛頓第三定律得，在凸形橋頂部汽車對橋面的壓力為1.0×105N，此即最小壓力.離心運動三1.物體做離心運動的原因提供向心力的合力突然消失，或者合力不能提供足夠的向心力.注意：物體做離心運動并不是物體受到“離心力”作用，而是由于合外力不能提供足夠的向心力.所謂“離心力”實際上并不存在.2.合力與向心力的關(guān)系(如圖9所示).圖9例4關(guān)于離心運動，下列說法中正確的是A.物體一直不受外力作用時，可能做離心運動B.在外界提供的向心力突然變大時，原來做勻速圓周運動的物體將做離心運動C.只要向心力的數(shù)值發(fā)生變化，原來做勻速圓周運動的物體就將做離心運動D.當外界提供的向心力突然消失或數(shù)值變小時，原來做勻速圓周運動的物體將做

離心運動√解析離心運動是指原來在做勻速圓周運動的物體后來遠離圓心，所以選項A錯誤；離心運動發(fā)生的條件是：實際的合力小于做圓周運動所需要的向心力，所以選項B、C錯誤，D正確.(4)若F合＝0，則物體沿切線方向做直線運動.隨堂演練逐點落實031.(火車轉(zhuǎn)彎問題)(多選)全國鐵路大面積提速，給人們的生活帶來便利.火車轉(zhuǎn)彎可以看成是在水平面內(nèi)做勻速圓周運動，火車速度提高會使外軌受損.為解決火車高速轉(zhuǎn)彎時外軌受損這一難題，以下措施可行的是A.適當減小內(nèi)外軌的高度差B.適當增加內(nèi)外軌的高度差C.適當減小彎道半徑D.適當增大彎道半徑1234√√12342.(航天器中的失重現(xiàn)象)(多選)航天飛機在圍繞地球做勻速圓周運動過程中，關(guān)于航天員，下列說法中正確的是A.航天員受到的重力消失了B.航天員仍受重力作用，重力提供其做勻速圓周運動的向心力C.航天員處于超重狀態(tài)D.航天員對座椅的壓力為零1234√√解析航天飛機在繞地球做勻速圓周運動時，依然受地球的吸引力，而且正是這個吸引力提供航天飛機繞地球做圓周運動的向心力，航天員的加速度與航天飛機的相同，是其重力提供向心力，選項A錯誤，B正確；此時航天員不受座椅彈力，即航天員對座椅的壓力為零，處于完全失重狀態(tài)，選項D正確，C錯誤.3.(離心現(xiàn)象)在冬奧會短道速滑項目中，運動員繞周長僅111米的短道競賽.比賽過程中運動員在通過彎道時如果不能很好地控制速度，將發(fā)生側(cè)滑而摔離正常比賽路線.如圖10所示，圓弧虛線Ob代表彎道，即正常運動路線，Oa為運動員在O點時的速度方向(研究時可將運動員看做質(zhì)點).下列論述正確的是A.發(fā)生側(cè)滑是因為運動員受到的合力方向背離圓心B.發(fā)生側(cè)滑是因為運動員受到的合力大于所需要的向心力C.若在O點發(fā)生側(cè)滑，則滑動的方向在Oa左側(cè)D.若在O點發(fā)生側(cè)滑，則滑動的方向在Oa右側(cè)與Ob之間1234圖10√解析發(fā)生側(cè)滑是因為運動員的速度過大，所需要的向心力過大，而運動員受到的合力小于所需要的向心力，受到的合力方向指向圓弧內(nèi)側(cè)，故選項A、B錯誤；運動員在水平方向不受任何外力時沿Oa方向做離心運動，實際上運動員受到的合力方向指向圓弧Ob內(nèi)側(cè)，所以運動員滑動的方向在Oa右側(cè)與Ob之間，故選項C錯誤，D正確.12344.(汽車轉(zhuǎn)彎與過橋問題)(2019·山西現(xiàn)代雙語學校期中)在高級瀝青鋪設(shè)的高速公路上，汽車的設(shè)計時速是108km/h，汽車在這種路面上行駛時，它的輪胎與地面的最大靜摩擦力等于車重的

(g取10m/s2).(1)如果汽車在這種高速公路的彎道上拐彎，假設(shè)彎道的路面是水平的，其彎道的最小半徑是多少？1234答案150m1234解析設(shè)汽車的質(zhì)量為m.由速度v＝108km/h＝30m/s得彎道半徑rmin＝150m(2)如果高速公路上設(shè)計了圓弧拱形立交橋，要使汽車能夠以設(shè)計時速安全通過圓弧拱橋，這個