生活中的圓周運(yùn)動(dòng)高中物理人教版（2019）必修第二冊(cè)

生活中的圓周運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.理解向心力的含義，會(huì)分析圓周運(yùn)動(dòng)具體問題中向心力的來源。2.能針對(duì)實(shí)際問題建立模型，熟練運(yùn)用圓周運(yùn)動(dòng)的知識(shí)進(jìn)行解釋。知識(shí)回顧：1.談?wù)勀銓?duì)勻速圓周運(yùn)動(dòng)的認(rèn)識(shí)？2.勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體為什么合力提供向心力？3.向心力的表達(dá)式？4.物體在什么條件下能做圓周運(yùn)動(dòng)？如果物體所受到的指向圓心的合力剛好能夠提供它做圓周運(yùn)動(dòng)所需要的向心力，即F合=Fn，則物體可做圓周運(yùn)動(dòng)。生活中圓周運(yùn)動(dòng)的實(shí)例急轉(zhuǎn)彎標(biāo)志實(shí)例1.汽車轉(zhuǎn)彎問題1：汽車轉(zhuǎn)彎為什么會(huì)有限速，特別是雨雪天氣？模型一：質(zhì)點(diǎn).模型二：水平方向的圓周運(yùn)動(dòng).汽車在水平路面上轉(zhuǎn)彎的向心力由哪個(gè)力提供？若速度V超過此限速f靜就不夠提供它做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，汽車將發(fā)生側(cè)滑。汽車在水平地面上轉(zhuǎn)彎是什么力提供向心力的呢?

mgFNFf如果彎道半徑很小，保證車輛不側(cè)滑，如何獲得較大的限速呢？實(shí)例2.火車轉(zhuǎn)彎火車運(yùn)行實(shí)例2.火車轉(zhuǎn)彎問題2：火車與鐵軌間的摩擦力相對(duì)來說比較小，不能像汽車轉(zhuǎn)彎一樣提供其轉(zhuǎn)彎所需要的向心力，那么火車轉(zhuǎn)彎時(shí)是怎么解決它所需要的向心力的問題？解決辦法一：火車有突出的輪緣輪緣兩軌道等高，此時(shí)火車要往右前方轉(zhuǎn)彎，火車需要的向心力應(yīng)該沿什么方向？向心力由什么力來提供？由外軌給輪緣的彈力提供.由于該彈力是由輪緣與外軌的擠壓產(chǎn)生的，且由于火車質(zhì)量很大，故輪緣和外軌的相互作用力很大，易損壞鐵軌。這個(gè)問題該如何解決呢？實(shí)例2.火車轉(zhuǎn)彎火車轉(zhuǎn)彎時(shí)是怎么解決它所需要的向心力的問題？解決辦法二：鐵路的彎道處外軌高于內(nèi)軌.向心力由什么力來提供？向心力由火車的重力和支持力兩個(gè)力的合力來提供θ問題3：設(shè)車軌間距為L(zhǎng)，兩軌間的高度差為h，轉(zhuǎn)彎半徑為r，火車質(zhì)量為m，求火車轉(zhuǎn)彎時(shí)速度V0為多大時(shí)側(cè)壓力正好為0？思考：（1）如果V行駛﹥V，情況如何？（2）如果V行駛﹤V，情況如何？鐵路彎道處超速是火車脫軌和翻車的主要原因。汽車過拱橋汽車通過拱形橋汽車勻速過拱形橋的運(yùn)動(dòng)可近似看作勻速圓周運(yùn)動(dòng)，質(zhì)量為m的汽車在拱形橋上以速V前進(jìn)，設(shè)橋面的圓弧半徑為r，求汽車通過橋的最高點(diǎn)時(shí)對(duì)橋的壓力？汽車通過凹形路面

汽車通過凹形路面的最低點(diǎn)時(shí)，車對(duì)地面的壓力比汽車所受的重力大些還是小些？例題:一輛卡車在丘陵地勻速行駛，地形如圖所示，由于輪胎太舊，途中爆胎，爆胎可能性最大的地段應(yīng)是()A.a處

B.b處

C.c處

D.d處 ·a·b·c·d例．如圖所示，水平軌道AB與豎直半圓形軌道BC在B點(diǎn)相切。質(zhì)量m=1kg的小物塊（可視為質(zhì)點(diǎn)）以一定的初速度從水平軌道的A點(diǎn)向左運(yùn)動(dòng)，進(jìn)入圓軌道后，沿圓軌道內(nèi)側(cè)做圓周運(yùn)動(dòng)，恰好到達(dá)最高C，之后離開圓軌道，做平拋運(yùn)動(dòng)，落在圓軌道上的D點(diǎn)。已知小物塊在B點(diǎn)進(jìn)入圓軌道瞬間，速度VB=3m/s，圓軌道半徑R=0.1m，重力加速度g=10m/s2，忽略空氣阻力。求：（1）小物塊從B點(diǎn)進(jìn)入圓軌道瞬間對(duì)軌道壓力的大?。唬?）小物塊到達(dá)C點(diǎn)的瞬時(shí)速度VC的大??；（3）小物塊的落點(diǎn)D與B點(diǎn)的距離。航天器中的失重現(xiàn)象思考與討論地球可以看做一個(gè)巨大的拱形橋，橋面的半徑就是地球的半徑.會(huì)不會(huì)出現(xiàn)這樣的情況：速度大到一定程度時(shí)，地面對(duì)車的支持力是零？這時(shí)駕駛員與座椅之間的壓力是多少？

當(dāng)飛船距地面高度為100～200km時(shí)，它的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上所受到的重力mg。問：宇航員站在太空艙內(nèi)，宇航員對(duì)太空艙的壓力大小為多少？對(duì)航天器（質(zhì)點(diǎn)）：繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)重力提供向心力。

對(duì)宇航員（質(zhì)點(diǎn)）：隨航天器一起繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。

回顧30載飛天路汽車在轉(zhuǎn)彎或過拱形橋的時(shí)候速度不能過大，有一定的限速，如果速度過大超出限度，汽車將做何種運(yùn)動(dòng)？總結(jié)：只要物體的運(yùn)動(dòng)在圓周軌道上，物體圓周運(yùn)動(dòng)所需要的向心力一定和物體的受力所提供的向心力（沿半徑方向上的合力）相等，也就是F供=F需。

只要供需不相等物體將離開圓周軌道。離心運(yùn)動(dòng)F供﹤mω2r（離心）F供﹥mω2r（向心）F供=mω2r（保持圓周）物體持續(xù)作圓周運(yùn)動(dòng)，一定代表著供需相等；供：指的是物體的真實(shí)受力沿圓周半徑方向的合力。（2）F供<F需時(shí)，物體離心運(yùn)動(dòng)。（1）F供=F需時(shí)，物體做圓周運(yùn)動(dòng)；（3）F供>F需時(shí)，物體近心（向心）運(yùn)動(dòng)；

離心運(yùn)動(dòng)：物體在做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于合力消失或指向圓心的分力不足以提供所需的向心力時(shí)，以致物體沿圓周的切線方向飛出或遠(yuǎn)離圓心而去運(yùn)動(dòng)叫做離心運(yùn)動(dòng)做圓周運(yùn)動(dòng)的物體，由于慣性，總有沿著切線方向飛出去的傾向。但是物體沒有飛出去，這是因?yàn)橄蛐牧ο吕?，使它與圓心的距離保持不變。一旦向心力突然消失，物體就會(huì)沿切線方向飛出去。豎直方向上的圓周運(yùn)動(dòng)輕繩模型··AB小球僅在繩的拉力作用下做圓周運(yùn)動(dòng)，繩的始終與球的運(yùn)動(dòng)相垂直，不考慮一切阻力：?jiǎn)?：小球的運(yùn)動(dòng)可能是勻速圓周運(yùn)動(dòng)么？問2：小球從A運(yùn)動(dòng)到B過程中所需向心力的大小是否變化，怎樣變化？最高點(diǎn)：（速度大小為V1）問3：小球在豎直方向圓周運(yùn)動(dòng)的最高點(diǎn)速度大小為V1，在最低點(diǎn)時(shí)速度大小為V2，求小球在最高點(diǎn)和最低點(diǎn)時(shí)繩對(duì)小球的拉力大小？最低點(diǎn)：（速度大小為V2）問4：小球到達(dá)最高點(diǎn)時(shí)速度最小值是多少?（繩只能產(chǎn)生拉力）··AB·Cθ=300例：質(zhì)量m=1kg的小球在長(zhǎng)為L(zhǎng)=2m的繩的拉力作用下，在豎直方向上的作圓周運(yùn)動(dòng)，小球運(yùn)動(dòng)到圖示C位置時(shí)速度大小VC=4m/s，求此時(shí)繩的拉力大??？輕桿模型··AB小球在只受重力和桿的拉力作用下豎直方向上做圓周運(yùn)動(dòng)：（桿能產(chǎn)生拉力，也能產(chǎn)生支持力）問2：小球到達(dá)最高點(diǎn)時(shí)速度最小值是多少?問1：小