高中物理第六章圓周運(yùn)動4.生活中的圓周運(yùn)動課件必修第二冊

4.生活中的圓周運(yùn)動課標(biāo)要求1.通過觀察模型了解火車車輪的特點，會分析火車轉(zhuǎn)彎時向心力的來源．(科學(xué)思維)2．通過對向心力公式的推導(dǎo)分析汽車過拱形橋時的受力和過凹形路面的最低點時的受力、理解航天器中的失重現(xiàn)象．(科學(xué)思維)3．分析生產(chǎn)、生活和航天科技中的圓周運(yùn)動現(xiàn)象，培養(yǎng)運(yùn)用概念、規(guī)律解釋現(xiàn)象和解決問題的能力，增強(qiáng)責(zé)任心和使命感．(科學(xué)態(tài)度與責(zé)任)必備知識·自主學(xué)習(xí)關(guān)鍵能力·合作探究評價檢測·素養(yǎng)達(dá)成必備知識·自主學(xué)習(xí)

圓周運(yùn)動向心2．火車轉(zhuǎn)彎時向心力的來源分析(1)若轉(zhuǎn)彎時內(nèi)外軌一樣高，火車轉(zhuǎn)彎時，外側(cè)車輪的輪緣【車輪與車軌有兩個接觸面】擠壓外軌，火車的向心力由外軌對車輪輪緣的________提供(如圖所示)，由于火車的質(zhì)量很大，轉(zhuǎn)彎所需的向心力很大，鐵軌和車輪極易受損．彈力(2)若轉(zhuǎn)彎時外軌略高于內(nèi)軌(如圖所示)，根據(jù)轉(zhuǎn)彎處軌道的半徑和規(guī)定的行駛速度，適當(dāng)調(diào)整內(nèi)外軌的高度差，使轉(zhuǎn)彎時所需的向心力【方向沿水平方向】幾乎完全由________和________的合力提供，從而減輕外軌與輪緣間的擠壓．重力支持力二、汽車過拱形橋項目汽車過凸形橋汽車過凹形橋受力分析向心力對橋的壓力FN′＝________FN′＝________結(jié)論汽車對橋的壓力小于汽車的重力，而且汽車速度越大，對橋的壓力________汽車對橋的壓力大于汽車的重力，而且汽車速度越大，對橋的壓力________mg－FNFN－mg

越小越大

完全失重四、離心運(yùn)動1．定義：做圓周運(yùn)動的物體沿著________飛出或做逐漸遠(yuǎn)離【不是沿半徑向外】圓心的運(yùn)動．2．原因：向心力突然_______或合力不足以提供______________．3．離心運(yùn)動的應(yīng)用和防止(1)應(yīng)用：洗衣機(jī)的脫水筒；離心干燥器；離心制管技術(shù)；分離血漿和紅細(xì)胞的離心機(jī)．(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________________．切線方向消失所需的向心力規(guī)定的速度走

進(jìn)

生

活

如圖所示，某電視臺推出了一款娛樂闖關(guān)節(jié)目，選手最容易失敗落水的地方是第四關(guān)“瘋狂轉(zhuǎn)盤”和第五關(guān)“高空滑索”．根據(jù)所學(xué)物理知識，判斷下列問題：(1)選手進(jìn)入轉(zhuǎn)盤后，在轉(zhuǎn)盤中間比較安全．(

)(2)質(zhì)量越大的選手，越不容易落水．(

)(3)選手從最后一個轉(zhuǎn)盤的邊緣起跳去抓滑索時，起跳方向應(yīng)正對懸索．(

)√××關(guān)鍵能力·合作探究探究點一火車轉(zhuǎn)彎問題分析情境探究火車在鐵軌上轉(zhuǎn)彎可以看成是勻速圓周運(yùn)動．[交流討論](1)如果軌道是水平的，火車轉(zhuǎn)彎時受到哪些力的作用？需要的向心力由誰來提供？(2)靠這種方式對火車轉(zhuǎn)彎有哪些危害？如何改進(jìn)？火車受重力、支持力、牽引力、摩擦力和外軌對火車的彈力作用．彈力提供火車轉(zhuǎn)彎所需的向心力．對確定的彎道，火車轉(zhuǎn)彎時速度越大，需要的向心力越大，容易造成對外軌的損壞，甚至造成火車脫軌．可以把彎道處建成外高內(nèi)低的斜面．由重力和支持力的合力提供向心力．核心歸納1.轉(zhuǎn)彎軌道特點(1)火車轉(zhuǎn)彎時重心高度不變，軌道是圓弧，軌道圓面在水平面內(nèi)．(2)轉(zhuǎn)彎軌道外高內(nèi)低，這樣的設(shè)計使火車受到的支持力向內(nèi)側(cè)發(fā)生傾斜，以提供火車做圓周運(yùn)動的向心力．

應(yīng)用體驗例1有一列重為100t的火車，以72km/h的速率勻速通過一個內(nèi)外軌一樣高的彎道，軌道半徑為400m.(1)試計算鐵軌受到的側(cè)壓力．(2)若要使火車以此速率通過彎道，如圖所示，且使鐵軌受到的側(cè)壓力為零，我們可以適當(dāng)傾斜路基，試計算路基傾斜角度θ的正切值．105N

【視野拓展】汽車轉(zhuǎn)彎例2高速公路某彎道處，該段公路寬度為16m，內(nèi)外側(cè)的高度差為2m，某車道設(shè)計安全時速為108km/h(無側(cè)滑趨勢)．已知角度較小時，角的正切值可近似等于正弦值，若g取10m/s2.該車道的轉(zhuǎn)彎半徑為(

)A．500m

B．720mC．700m

D．520m

【答案】

B【方法技巧】車輛轉(zhuǎn)彎問題的分析方法求解車輛轉(zhuǎn)彎問題，關(guān)鍵是對向心力的分析與求解，要合理建立“車輛轉(zhuǎn)彎”情景模型，注意把握如下幾點：(1)火車或汽車以適當(dāng)速度通過“外高內(nèi)低”的彎道時，由重力與支持力的合力提供向心力，其合力沿水平方向指向圓心．(2)火車在水平彎道上轉(zhuǎn)彎時，鐵軌對輪緣的彈力提供向心力．(3)汽車在水平路面上轉(zhuǎn)彎時，摩擦力提供向心力．

針對訓(xùn)練1(多選)火車在鐵軌上轉(zhuǎn)彎可以視為做勻速圓周運(yùn)動，火車速度提高易使外軌受損．為解決火車高速轉(zhuǎn)彎時使外軌受損這一難題，你認(rèn)為理論上可行的措施是(

)A．減小彎道半徑B．增大彎道半徑C．適當(dāng)減小內(nèi)外軌道的高度差D．適當(dāng)增加內(nèi)外軌道的高度差答案：BD

探究點二汽車過橋問題分析

情境探究如圖所示，在某次軍事演習(xí)中，一輛戰(zhàn)車以恒定的速率在起伏不平的路面上行進(jìn)．[交流討論]戰(zhàn)車在哪一點時對路面的壓力最大？在哪一點時對路面的壓力最??？

應(yīng)用體驗例3一輛質(zhì)量為800kg的汽車在圓弧半徑為50m的拱形橋上行駛(g取10m/s2)．(1)若汽車到達(dá)橋頂時速度為v1＝5m/s，求汽車對橋面的壓力大??；7600N(2)求汽車以多大速度經(jīng)過橋頂時恰好對橋面沒有壓力；(3)汽車對橋面的壓力過小是不安全的，因此汽車過橋時的速度不能過大．對于同樣的車速，拱形橋圓弧的半徑大些比較安全，還是小些比較安全？(4)如果拱形橋圓弧的半徑增大到與地球半徑一樣大，汽車要在橋面上騰空，速度至少為多大？(已知地球半徑為6400km)．22.4m/s

同樣的車速，拱形橋圓弧的半徑大些比較安全8000m/s

【方法技巧】對于汽車過橋問題，具體的解題步驟如下：(1)選取研究對象，確定軌道平面、圓心位置和軌道半徑；(2)正確分析研究對象的受力情況，明確向心力是按作用效果命名的力，在受力分析時不能列出，明確向心力的來源；(3)根據(jù)平衡條件和牛頓運(yùn)動定律列方程求解．

答案：C針對訓(xùn)練3

鄉(xiāng)間公路在通過小型水庫泄洪閘的下游時常常修成凹形路面，也叫“過水路面”．現(xiàn)有一“過水路面”的圓弧半徑為50m，一輛質(zhì)量為800kg的小汽車駛過“過水路面”．如圖所示，當(dāng)小汽車通過“過水路面”的最低點時速度為5m/s.g取10m/s2，則此時汽車對路面的壓力為多大？

答案：8400N探究點三對離心運(yùn)動的理解情境探究鏈球比賽中，運(yùn)動員放手后，原本高速旋轉(zhuǎn)的鏈球會飛出；雨天，當(dāng)你旋轉(zhuǎn)雨傘時，會發(fā)現(xiàn)水滴沿著傘的邊緣切線飛出．[交流討論](1)鏈球飛出后受幾個力？(2)你能說出水滴沿著傘的邊緣切線飛出的原因嗎？(3)物體做離心運(yùn)動的條件是什么？重力和空氣阻力．旋轉(zhuǎn)雨傘時，雨滴也隨著運(yùn)動起來，但傘面上的雨滴受到的合力不足以提供其做圓周運(yùn)動的向心力，雨滴由于慣性要保持其原來的速度方向而沿切線方向飛出．向心力突然消失或物體受到的合力不足以提供其運(yùn)動所需的向心力．核心歸納1.離心運(yùn)動的實質(zhì)物體逐漸遠(yuǎn)離圓心的運(yùn)動，本質(zhì)是物體慣性的體現(xiàn)，從受力情況看是向心力不足．(1)產(chǎn)生離心運(yùn)動的原因是合力突然消失或不足以提供所需的向心力，而不是物體又受到了“離心力”．(2)做離心運(yùn)動的物體是做半徑越來越大的運(yùn)動或沿切線方向飛出去的運(yùn)動，而不是沿半徑方向飛出去．2．四種運(yùn)動情況的判斷如圖所示，根據(jù)物體所受合外力與所需向心力的關(guān)系，可做如下判斷：應(yīng)用體驗例4[2022·江蘇三校高一聯(lián)考]一質(zhì)量為×103kg的汽車在水平公路上行駛，路面對輪胎的徑向最大靜摩擦力為×104N，當(dāng)汽車經(jīng)過半徑為80m的水平彎道時，下列判斷正確的是(

)A．汽車轉(zhuǎn)彎時所受的力有重力、彈力、摩擦力和向心力B．汽車轉(zhuǎn)彎的速度為20m/s時所需的向心力為×104NC．汽車轉(zhuǎn)彎的速度為20m/s時汽車會發(fā)生側(cè)滑D．汽車能安全轉(zhuǎn)彎的向心加速度不超過7.0m/s2【答案】

D

教你解決問題題干要點信息提取“水平公路上行駛”重力與支持力等大反向“最大靜摩擦力為1.4×104N”摩擦力提供向心力，最大值為1.4×104N“汽車經(jīng)過半徑為80m的彎道時”圓周運(yùn)動的半徑為80m針對訓(xùn)練4

(多選)洗衣機(jī)是現(xiàn)代家庭常見的電器設(shè)備．它是采用轉(zhuǎn)筒帶動衣物旋轉(zhuǎn)的方式進(jìn)行脫水的，下列有關(guān)說法中正確的是(

)A．脫水過程中，衣物是緊貼筒壁的B．加快脫水筒轉(zhuǎn)動的角速度，脫水效果會更好C．水能從筒中甩出是因為水滴與衣物間的作用力不足以提供水滴需要的向心力D．靠近中心的衣物脫水效果比四周的衣物脫水效果好解析：脫水過程中，衣物由于離心作用而緊貼筒壁，A說法正確；加快脫水筒轉(zhuǎn)動的角速度，脫水效果會更好，B說法正確；水能從筒中甩出是因為水滴與衣物間的作用力不足以提供水滴需要的向心力而做離心運(yùn)動，C說法正確；四周的衣物脫水效果比靠近中心的衣物脫水效果好，D說法錯誤．答案：ABC評價檢測·素養(yǎng)達(dá)成

答案：C

答案：C

答案：C

4.[2022·廣東清遠(yuǎn)高一聯(lián)考](多