【物理】生活中的圓周運(yùn)動(dòng) 課件-2023-2024學(xué)年高一下學(xué)期物理人教版（2019）必修第二冊(cè)

6.4生活中的圓周運(yùn)動(dòng)1.會(huì)分析火車(chē)轉(zhuǎn)彎、汽車(chē)過(guò)拱形橋等實(shí)際運(yùn)動(dòng)問(wèn)題中向心力的來(lái)源，能解決生活中的圓周運(yùn)動(dòng)問(wèn)題。2.了解航天器中的失重現(xiàn)象及原因。3.了解離心運(yùn)動(dòng)及物體做離心運(yùn)動(dòng)的條件，知道離心運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用及危害。在鐵路彎道處，內(nèi)、外軌道的高度一樣嗎？問(wèn)題1：火車(chē)的車(chē)輪結(jié)構(gòu)如何？軌道結(jié)構(gòu)如何？情景分析1：火車(chē)轉(zhuǎn)彎車(chē)輪內(nèi)側(cè)輪緣半徑大于車(chē)輪半徑，軌道將兩車(chē)輪的輪緣卡在里面。問(wèn)題2：如果軌道是水平的，火車(chē)轉(zhuǎn)彎時(shí)受到哪些力的作用？什么力提供向心力？火車(chē)受重力、支持力、軌道對(duì)輪緣的彈力、向后的摩擦力，向心力由軌道對(duì)輪緣的彈力來(lái)提供。F一、火車(chē)轉(zhuǎn)彎交流討論:問(wèn)題3：火車(chē)的質(zhì)量很大，行駛的速度也不小，如此長(zhǎng)時(shí)間后，對(duì)軌道和列車(chē)有什么影響？鐵路的彎道通常是如何設(shè)計(jì)的呢？

鐵軌和車(chē)輪極易受損mgN外軌略高于內(nèi)軌重力和支持力的合力提供向心力問(wèn)題4：當(dāng)軌道平面與水平面之間的夾角為θ，轉(zhuǎn)彎半徑為r時(shí)，火車(chē)行駛速度多大軌道才不受擠壓？

GNF

問(wèn)題5：火車(chē)轉(zhuǎn)彎時(shí)速度過(guò)大或過(guò)小，會(huì)對(duì)哪側(cè)軌道有側(cè)壓力？當(dāng)火車(chē)行駛速率v>v規(guī)定時(shí)，當(dāng)火車(chē)行駛速率v<v規(guī)定時(shí)，外軌對(duì)輪緣有側(cè)壓力。內(nèi)軌對(duì)輪緣有側(cè)壓力。GNF1、明確圓周平面：火車(chē)轉(zhuǎn)彎處的鐵軌，雖然外軌高于內(nèi)軌，但整個(gè)外軌是等高的，整個(gè)內(nèi)軌是等高的。因而火車(chē)在行駛的過(guò)程中，中心的高度不變，即火車(chē)中心的軌跡在同一水平面內(nèi)。故火車(chē)的圓周平面是水平面，而不是斜面。即火車(chē)的向心加速度和向心力均沿水平面指向圓心。【梳理深化】2、向心力來(lái)源：在鐵路的彎道處，內(nèi)、外鐵軌有高度差，火車(chē)在此處依規(guī)定的速度行駛，轉(zhuǎn)彎時(shí)，向心力幾乎完全由重力G和支持力FN的合力提供，即

3、轉(zhuǎn)彎速度與軌道壓力的關(guān)系（1）若火車(chē)轉(zhuǎn)彎時(shí)，火車(chē)所受支持力與重力的合力充當(dāng)向心力，則（2）若火車(chē)行駛速度，外軌對(duì)輪緣有側(cè)壓力。（3）若火車(chē)行駛速度，內(nèi)軌對(duì)輪緣有側(cè)壓力。

問(wèn)題1：如果汽車(chē)在拱形橋上，以某一速度v通過(guò)拱形橋的最高點(diǎn)時(shí)，汽車(chē)受到哪些力的作用？向心力是由誰(shuí)提供？汽車(chē)處于超重還是失重狀態(tài)？二、汽車(chē)過(guò)拱形橋mgN失重

問(wèn)題2：若汽車(chē)的質(zhì)量為2000kg，以不變的速率20m/s駛過(guò)凸形路面，路面圓弧半徑為50m，g=10m/s2，此時(shí)汽車(chē)對(duì)橋頂?shù)膲毫κ嵌嗌?？mgN失重

知N=4000N根據(jù)牛頓第三定律知汽車(chē)對(duì)橋頂?shù)膲毫?000牛問(wèn)題3：試分析如果汽車(chē)的速度不斷增大，會(huì)有什么現(xiàn)象發(fā)生呢？汽車(chē)還能沿橋面做圓周運(yùn)動(dòng)下橋嗎？mgN失重

當(dāng)

時(shí)，v取最大值N=0

平拋mg

r平拋rx

汽車(chē)飛離橋面問(wèn)題3：試分析如果汽車(chē)的速度不斷增大，會(huì)有什么現(xiàn)象發(fā)生呢？汽車(chē)還能沿橋面做圓周運(yùn)動(dòng)下橋嗎？問(wèn)題4：汽車(chē)過(guò)凹路面是否可以速度很大？若汽車(chē)的質(zhì)量為2000kg，以不變的速率20m/s駛過(guò)凹形路面，路面圓弧半徑為50m，g=10m/s2，此時(shí)汽車(chē)對(duì)凹路面的壓力是多少？mgN超重

由知N=36000牛根據(jù)牛頓第三定律知汽車(chē)對(duì)凹路面的壓力是36000N汽車(chē)速度增大對(duì)橋的壓力也增大，所以凹形橋易受損，輪胎與橋面間壓力增大，汽車(chē)輪胎易爆胎。1、汽車(chē)過(guò)拱形橋【梳理深化】汽車(chē)在最高點(diǎn)滿足關(guān)系：2、汽車(chē)過(guò)凹形路面

失重①當(dāng)時(shí)，N＝0②當(dāng)

時(shí)，③當(dāng)時(shí)，汽車(chē)脫離橋面做平拋運(yùn)動(dòng)

超重由此可知，汽車(chē)對(duì)橋面的壓力大于其自身重力，故凹形橋易受損。若汽車(chē)速度過(guò)大，則輪胎與橋面間壓力增大，汽車(chē)輪胎易爆胎。

問(wèn)題1：若把地球看成一個(gè)大拱橋，設(shè)地球半徑為R，地球表面的重力加速度為g。在地球赤道上勻速率行駛的汽車(chē)速度多大時(shí)對(duì)地面的壓力為零？三、航天器中的失重現(xiàn)象【交流討論】mgN

N=0

問(wèn)題2：當(dāng)汽車(chē)以上述速度行駛時(shí)，駕駛員對(duì)座椅的壓力為多大？此時(shí)駕駛員處于什么狀態(tài)？（“超重”、“失重”或“完全失重”）mgN完全失重

N=0

對(duì)駕駛員問(wèn)題4：宇航員在圍繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的空間站中處于完全失重狀態(tài)，是不是宇航員在空間站中不受重力作用？地球空間站vvFF

宇航員所受重力恰好提供其繞地球運(yùn)行的向心力1、質(zhì)量為M的航天器在近地軌道運(yùn)行時(shí)，航天器的重力提供向心力?！臼崂砩罨?、質(zhì)量為m的航天員：航天員的重力提供向心力。

航天員處于完全失重狀態(tài)

3、航天器內(nèi)的任何物體都處于完全失重狀態(tài)，但并不是物體不受地球引力，正因?yàn)槭艿降厍蛞Φ淖饔?，才使航天器連同其中的乘員做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。問(wèn)題1：雨天，當(dāng)你旋轉(zhuǎn)自己的雨傘時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)水滴沿著傘的邊緣切線飛出（如圖所示），你能說(shuō)出其中的原因嗎？四、離心運(yùn)動(dòng)【交流討論】旋轉(zhuǎn)雨傘時(shí)，雨滴也隨著運(yùn)動(dòng)起來(lái)，但傘面上的雨滴受到的力不足以提供其做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，雨滴由于慣性要保持其原來(lái)的速度方向而沿切線方向飛出。問(wèn)題2：做圓周運(yùn)動(dòng)的物體，若受到的合外力突然消失，物體將做什么運(yùn)動(dòng)？沿圓周的切線方向做勻速直線運(yùn)動(dòng)問(wèn)題3：若物體受到的指向圓心方向的合外力F小于所需向心力Fn物體將做什么運(yùn)動(dòng)？離心運(yùn)動(dòng)問(wèn)題4：總結(jié)物體做離心運(yùn)動(dòng)的條件是什么？做圓周運(yùn)動(dòng)的物體，提供向心力的外力突然消失或者外力不能提供足夠大的向心力。1、定義：物體沿切線飛出或做逐漸遠(yuǎn)離圓心的運(yùn)動(dòng)。2、原因：向心力突然消失或外力不足以提供所需向心力。3、合力與向心力的關(guān)系對(duì)圓周運(yùn)動(dòng)的影響【梳理深化】若F合＝mω2r，物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)若F合<mω2r，物體做離心運(yùn)動(dòng)若F合＝0，物體沿切線方向飛出若F合>mω2r，物體做近心運(yùn)動(dòng)4、離心運(yùn)動(dòng)的實(shí)質(zhì)：離心現(xiàn)象的本質(zhì)是物體慣性的表現(xiàn)。做圓周運(yùn)動(dòng)的物體，由于慣性，總是有沿著圓周切線飛出去的趨向，之所以沒(méi)有飛出去，是因?yàn)槭艿较蛐牧Φ淖饔?。從某種意義上說(shuō)，向心力的作用是不斷地把物體從圓周運(yùn)動(dòng)的切向方向拉回到圓周上來(lái)。5、離心運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用和防止應(yīng)用：棉花糖機(jī)；洗衣機(jī)的脫水筒；離心機(jī)分離血液。防止：汽車(chē)在公路轉(zhuǎn)彎處必須限速行駛；轉(zhuǎn)動(dòng)的砂輪、飛輪的轉(zhuǎn)速不能太高。1.（多選）火車(chē)在鐵軌上轉(zhuǎn)彎可以看做是做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，火車(chē)速度提高易使外軌受損。為解決火車(chē)高速轉(zhuǎn)彎時(shí)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BD2.（多選）公路急轉(zhuǎn)彎處通常是交通事故多發(fā)地帶．如圖，某公路急轉(zhuǎn)彎處是一圓弧，當(dāng)汽車(chē)行駛的速率為v時(shí)，汽車(chē)恰好沒(méi)有向公路內(nèi)外兩側(cè)滑動(dòng)的趨勢(shì)。則在該彎道處（）A.路面外側(cè)高內(nèi)側(cè)低B.車(chē)速只要低于v，車(chē)輛便會(huì)向內(nèi)側(cè)滑動(dòng)C.車(chē)速雖然高于v，但只要不超出某一最高限度，

車(chē)輛便不會(huì)向外側(cè)滑動(dòng)D.當(dāng)路面結(jié)冰時(shí)，與未結(jié)冰時(shí)相比，v的值變小AC3.如圖所示，質(zhì)量m＝2.0×104kg的汽車(chē)以不變的速率先后駛過(guò)凹形橋面和凸形橋面，兩橋面的圓弧半徑均為20m。如果橋面承受的壓力不得超過(guò)3.0×105N，g取10m/s2，則：（1）汽車(chē)允許的最大速度是多少？（2）若以所求速度行駛，汽車(chē)對(duì)橋面的最小壓力是多少？mgN1mgN2

解得v＝10m/s

解得N2=1×105N由牛頓第三定律知汽車(chē)對(duì)橋面的最小壓力等于105N4.（多選）如圖所示，光滑水平面上，質(zhì)量為m的小球在拉力F作用下做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。若小球運(yùn)動(dòng)到P點(diǎn)時(shí)，拉力F發(fā)生變化，下列關(guān)于小球運(yùn)動(dòng)情況的說(shuō)法中正確的是（）A.若拉力突然變大，小球