202X學(xué)年高考物理主題一曲線運動與萬有引力定律第二章勻速圓周運動1.2.3圓周運動的實例分析1.2.4圓周運動與人類文明選學(xué)課件教科版

1、1.2.3圓周運動的實例分析圓周運動的實例分析1.2.4圓周運動與人類文明圓周運動與人類文明(選學(xué)選學(xué))學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)核心凝煉核心凝煉1.會分析具體問題中的向心力來源。能用勻速圓周運會分析具體問題中的向心力來源。能用勻速圓周運動規(guī)律分析、處理生產(chǎn)和生活中的實例。動規(guī)律分析、處理生產(chǎn)和生活中的實例。4個實例個實例汽車過拱形橋、汽車過拱形橋、“旋轉(zhuǎn)秋千旋轉(zhuǎn)秋千”、火車轉(zhuǎn)彎、火車轉(zhuǎn)彎、離心運動離心運動2.了解什么是離心運動，知道物體做離心運動的條件。了解什么是離心運動，知道物體做離心運動的條件。3.列舉實例，了解圓周運動在人類文明進程中的廣泛列舉實例，了解圓周運動在人類文明進程中的廣泛應(yīng)用，認(rèn)識到

2、圓周運動對人類文明發(fā)展的重大影響。應(yīng)用，認(rèn)識到圓周運動對人類文明發(fā)展的重大影響。一、汽車過拱形橋一、汽車過拱形橋觀圖助學(xué)觀圖助學(xué)汽車經(jīng)過拱形橋頂點時，豎直方向受到重力和支持力作用，那么，是什么力提汽車經(jīng)過拱形橋頂點時，豎直方向受到重力和支持力作用，那么，是什么力提供向心力？供向心力？答案答案重力和支持力的合力提供向心力。重力和支持力的合力提供向心力。2.對橋的壓力：對橋的壓力：N_。3.結(jié)論：汽車對橋的壓力結(jié)論：汽車對橋的壓力_汽車的重力，而且汽車速度越大，對橋的壓汽車的重力，而且汽車速度越大，對橋的壓力力_。mgN小于小于越小越小理解概念理解概念判斷以下說法的正誤。判斷以下說法的正誤。(1)

3、汽車駛過凸形橋最高點時，重力和支持力的合力提供向心力。汽車駛過凸形橋最高點時，重力和支持力的合力提供向心力。( )(2)汽車駛過凸形橋最高點時，對橋面的壓力等于車重。汽車駛過凸形橋最高點時，對橋面的壓力等于車重。( )(3)汽車駛過凸形橋最高點時，對橋的壓力可能等于零。汽車駛過凸形橋最高點時，對橋的壓力可能等于零。( )二、二、“旋轉(zhuǎn)秋千旋轉(zhuǎn)秋千觀圖助學(xué)觀圖助學(xué)“旋轉(zhuǎn)秋千勻速轉(zhuǎn)動時，吊椅做圓周運動。忽略空氣阻力，吊椅受到哪幾個旋轉(zhuǎn)秋千勻速轉(zhuǎn)動時，吊椅做圓周運動。忽略空氣阻力，吊椅受到哪幾個力的作用？是什么力提供向心力？力的作用？是什么力提供向心力？答案吊椅的軌跡圓在水平面內(nèi)。吊椅受到重力和繩子

4、的拉力的作用。重力和答案吊椅的軌跡圓在水平面內(nèi)。吊椅受到重力和繩子的拉力的作用。重力和繩子的拉力的合力提供吊椅做圓周運動的向心力。繩子的拉力的合力提供吊椅做圓周運動的向心力。1.圓周運動的半徑：如下圖，圓周運動的半徑：如下圖，rlsin 。2.向心力來源：向心力來源：由重力和懸線拉力的由重力和懸線拉力的_提供，即提供，即F合合mgtan 。3.動力學(xué)方程：動力學(xué)方程：mgtan m2lsin 。合力合力理解概念理解概念判斷以下說法的正誤。判斷以下說法的正誤。(1)“旋轉(zhuǎn)秋千的吊椅在豎直面內(nèi)做圓周運動。旋轉(zhuǎn)秋千的吊椅在豎直面內(nèi)做圓周運動。( )(2)“旋轉(zhuǎn)秋千轉(zhuǎn)得越快，吊椅就會離轉(zhuǎn)軸越遠。旋轉(zhuǎn)秋

5、千轉(zhuǎn)得越快，吊椅就會離轉(zhuǎn)軸越遠。( )(3)體重越大的人坐在秋千上旋轉(zhuǎn)時，纜繩與中心軸的夾角越小。體重越大的人坐在秋千上旋轉(zhuǎn)時，纜繩與中心軸的夾角越小。( )三、火車轉(zhuǎn)彎三、火車轉(zhuǎn)彎觀圖助學(xué)觀圖助學(xué)(1)火車車輪有突出的邊緣，在鐵軌上起到限定方向的作用。如果讓火車在水平火車車輪有突出的邊緣，在鐵軌上起到限定方向的作用。如果讓火車在水平路基上轉(zhuǎn)彎，外軌與輪緣的擠壓、摩擦?xí)a(chǎn)生磨損。而火車有著巨大的質(zhì)量，路基上轉(zhuǎn)彎，外軌與輪緣的擠壓、摩擦?xí)a(chǎn)生磨損。而火車有著巨大的質(zhì)量，特別是當(dāng)高速轉(zhuǎn)彎時，火車會將外軌擠斷，發(fā)生嚴(yán)重的交通事故。在這種設(shè)計特別是當(dāng)高速轉(zhuǎn)彎時，火車會將外軌擠斷，發(fā)生嚴(yán)重的交通事故。在

6、這種設(shè)計方案中，火車轉(zhuǎn)彎的向心力由什么力提供？方案中，火車轉(zhuǎn)彎的向心力由什么力提供？答案答案外軌對輪緣的彈力提供了向心力。外軌對輪緣的彈力提供了向心力。(2)在通常的設(shè)計中，為了減輕輪緣與外軌的擠壓，總是使轉(zhuǎn)彎處的外軌略高于內(nèi)軌，在通常的設(shè)計中，為了減輕輪緣與外軌的擠壓，總是使轉(zhuǎn)彎處的外軌略高于內(nèi)軌，火車轉(zhuǎn)彎時，鐵軌對火車的支持力火車轉(zhuǎn)彎時，鐵軌對火車的支持力N的方向不再是豎直的，而是斜向彎道的內(nèi)側(cè)。在的方向不再是豎直的，而是斜向彎道的內(nèi)側(cè)。在這種設(shè)計方案中，火車轉(zhuǎn)彎的向心力由什么力提供？這種設(shè)計方案中，火車轉(zhuǎn)彎的向心力由什么力提供？答案火車的重力答案火車的重力mg與鐵軌對火車的支持力與鐵軌對

7、火車的支持力N的合力指向圓心，為火車轉(zhuǎn)彎提供了一的合力指向圓心，為火車轉(zhuǎn)彎提供了一局部向心力。局部向心力。1.運動特點運動特點：火車轉(zhuǎn)彎時實際是在做：火車轉(zhuǎn)彎時實際是在做_運動，因而具有向心加速度，由于其質(zhì)量運動，因而具有向心加速度，由于其質(zhì)量巨大，所以需要很大的巨大，所以需要很大的_力。力。2.向心力來源向心力來源(1)內(nèi)外軌等高的路面：由內(nèi)外軌等高的路面：由_對輪緣的彈力提供向心對輪緣的彈力提供向心力，這樣鐵軌和車輪極易受損。力，這樣鐵軌和車輪極易受損。圓周圓周向心向心外軌外軌重力重力mg支持力支持力Nmgtan 理解概念理解概念判斷以下說法的正誤。判斷以下說法的正誤。(1)火車彎道的半徑

8、很大，故火車轉(zhuǎn)彎需要的向心力很小?；疖噺澋赖陌霃胶艽?，故火車轉(zhuǎn)彎需要的向心力很小。( )(2)鐵路的彎道處，內(nèi)軌高于外軌。鐵路的彎道處，內(nèi)軌高于外軌。( )(3)火車轉(zhuǎn)彎時的向心力是車軌與車輪間的擠壓提供的?；疖囖D(zhuǎn)彎時的向心力是車軌與車輪間的擠壓提供的。( )(4)火車按規(guī)定的速率轉(zhuǎn)彎時，內(nèi)外軌都幾乎不受火車的擠壓作用。火車按規(guī)定的速率轉(zhuǎn)彎時，內(nèi)外軌都幾乎不受火車的擠壓作用。( ) 四、離心運動四、離心運動觀圖助學(xué)觀圖助學(xué)轉(zhuǎn)動雨傘，可以將傘上的雨水從邊緣甩出去；衣物是吸水的，洗衣機的脫水桶高轉(zhuǎn)動雨傘，可以將傘上的雨水從邊緣甩出去；衣物是吸水的，洗衣機的脫水桶高速轉(zhuǎn)動時，可以將衣服的水分甩出去，

9、初步到達枯燥衣服的目的。那么，衣物對速轉(zhuǎn)動時，可以將衣服的水分甩出去，初步到達枯燥衣服的目的。那么，衣物對水分的吸力能提供高速轉(zhuǎn)動的水滴所需的向心力嗎？水滴離開衣物后將沿什么方水分的吸力能提供高速轉(zhuǎn)動的水滴所需的向心力嗎？水滴離開衣物后將沿什么方向運動？向運動？1.定義：定義：在做圓周運動時，由于合外力提供的向心力在做圓周運動時，由于合外力提供的向心力_或或_，以致，以致物體沿圓周運動的物體沿圓周運動的_方向飛出或方向飛出或_而去的運動叫做離心而去的運動叫做離心運動。運動。2.離心機械：離心機械：利用離心運動的機械叫做離心機械。常見的離心機械有利用離心運動的機械叫做離心機械。常見的離心機械有_

10、、_。消失消失缺乏缺乏切線切線遠離圓心遠離圓心洗衣機洗衣機的脫水筒的脫水筒離心機離心機限速限速理解概念理解概念判斷以下說法的正誤。判斷以下說法的正誤。(1)離心運動的方向一定沿圓周的切線方向。離心運動的方向一定沿圓周的切線方向。( )(2)汽車在轉(zhuǎn)彎時為防止側(cè)滑需要減速運動。汽車在轉(zhuǎn)彎時為防止側(cè)滑需要減速運動。( )(3)做圓周運動的物體只有突然失去向心力時才做離心運動。做圓周運動的物體只有突然失去向心力時才做離心運動。( )汽車過拱形橋汽車過拱形橋要點歸納要點歸納1.汽車在拱形橋最高點汽車在拱形橋最高點(如圖如圖1)圖圖12.汽車在凹形橋最低點汽車在凹形橋最低點(如圖如圖2)圖圖2試題案例試

11、題案例例例1 如圖如圖3所示，質(zhì)量所示，質(zhì)量m2.0104 kg的汽車以不變的速率先后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駛過凹形橋面和凸形橋面，兩橋面的圓弧半徑均為20 m。如果。如果橋面承受的壓力不得超過橋面承受的壓力不得超過3.0105 N，那么：，那么：(1)汽車允許的最大速率是多少？汽車允許的最大速率是多少？(2)假設(shè)以所求速度行駛，汽車對橋面的最小壓力是多少假設(shè)以所求速度行駛，汽車對橋面的最小壓力是多少(g取取10 m/s2)?圖圖3【思路探究】【思路探究】(1)汽車在何位置對路面的壓力最大？汽車在何位置對路面的壓力最大？(2)汽車在何位置對路面的壓力

12、最?。科囋诤挝恢脤β访娴膲毫ψ钚。刻崾荆禾崾荆?1)汽車經(jīng)過凹形路面時，向心加速度方向向上，汽車處于超重狀態(tài)，在凹汽車經(jīng)過凹形路面時，向心加速度方向向上，汽車處于超重狀態(tài)，在凹形橋底部時，汽車對路面的壓力最大。形橋底部時，汽車對路面的壓力最大。(2)汽車經(jīng)過凸形路面時，向心加速度方向向下，汽車處于失重狀態(tài)，在凸形橋頂汽車經(jīng)過凸形路面時，向心加速度方向向下，汽車處于失重狀態(tài)，在凸形橋頂部時，汽車對路面的壓力最小。部時，汽車對路面的壓力最小。答案答案(1)10 m/s(2)1.0105 N解答汽車過拱形橋問題的一些方法解答汽車過拱形橋問題的一些方法(1)通過分析受力，找出提供的向心力列方程求解，

13、是解答該類最根本的方法。通過分析受力，找出提供的向心力列方程求解，是解答該類最根本的方法。(2)一般在拱形橋的最低點或最高點分析受力、列動力學(xué)方程。一般在拱形橋的最低點或最高點分析受力、列動力學(xué)方程。(3)車對橋面壓力與橋面對車支持力之間的關(guān)系要根據(jù)牛頓第三定律來確定。車對橋面壓力與橋面對車支持力之間的關(guān)系要根據(jù)牛頓第三定律來確定。針對訓(xùn)練針對訓(xùn)練1 一輛運輸西瓜的小汽車一輛運輸西瓜的小汽車(可視為質(zhì)點可視為質(zhì)點)，以大小為，以大小為v的速度經(jīng)過一座半徑為的速度經(jīng)過一座半徑為R的拱形橋。在橋的最高點，其中一的拱形橋。在橋的最高點，其中一個質(zhì)量為個質(zhì)量為m的西瓜的西瓜A(位置如圖位置如圖4所示所

14、示)受到周圍的西瓜對它的受到周圍的西瓜對它的作用力的大小為作用力的大小為()圖圖4答案答案C觀察探究觀察探究火車在鐵軌上轉(zhuǎn)彎可以看成是勻速圓周運動，如圖火車在鐵軌上轉(zhuǎn)彎可以看成是勻速圓周運動，如圖5所示，請思考以下問題：所示，請思考以下問題：(1)軌道平面與水平面之間的夾角為軌道平面與水平面之間的夾角為，轉(zhuǎn)彎半徑為，轉(zhuǎn)彎半徑為R，那么火車行駛速度多大，那么火車行駛速度多大軌道才不受擠壓？軌道才不受擠壓？(2)火車轉(zhuǎn)彎時速度過大或過小，會對哪側(cè)軌道有側(cè)壓力？火車轉(zhuǎn)彎時速度過大或過小，會對哪側(cè)軌道有側(cè)壓力？火車、汽車轉(zhuǎn)彎問題火車、汽車轉(zhuǎn)彎問題圖圖5圖圖6試題案例試題案例例例2 有一列質(zhì)量為有一列質(zhì)

15、量為100 t的火車，以的火車，以72 km/h的速率勻速通過一個內(nèi)外軌一樣高的彎的速率勻速通過一個內(nèi)外軌一樣高的彎道，軌道半徑為道，軌道半徑為400 m。(g取取10 m/s2)(1)試計算鐵軌受到的側(cè)壓力；試計算鐵軌受到的側(cè)壓力；(2)假設(shè)要使火車以此速率通過彎道，且使鐵軌受到的側(cè)壓力為零，可以適當(dāng)傾假設(shè)要使火車以此速率通過彎道，且使鐵軌受到的側(cè)壓力為零，可以適當(dāng)傾斜路基，試計算路基傾斜角度斜路基，試計算路基傾斜角度的正切值。的正切值?！舅悸诽骄俊俊舅悸诽骄俊?1)火車通過內(nèi)外軌一樣高的彎道時，是什么力提供火車轉(zhuǎn)彎所需要的向心力？火車通過內(nèi)外軌一樣高的彎道時，是什么力提供火車轉(zhuǎn)彎所需要的向

16、心力？(2)火車平安通過內(nèi)低外高的彎道時，是什么力提供火車轉(zhuǎn)彎所需要的向心力？火車平安通過內(nèi)低外高的彎道時，是什么力提供火車轉(zhuǎn)彎所需要的向心力？提示：提示：(1)火車通過內(nèi)外軌一樣高的彎道時，外軌對輪緣的側(cè)壓力提供火車轉(zhuǎn)彎火車通過內(nèi)外軌一樣高的彎道時，外軌對輪緣的側(cè)壓力提供火車轉(zhuǎn)彎所需要的向心力。所需要的向心力。(2)火車平安通過內(nèi)低外高的彎道時，重力和鐵軌對火車的支持力的合力提供火火車平安通過內(nèi)低外高的彎道時，重力和鐵軌對火車的支持力的合力提供火車轉(zhuǎn)彎所需要的向心力。車轉(zhuǎn)彎所需要的向心力。答案答案(1)1105 N(2)0.1解決解決“火車、汽車轉(zhuǎn)彎類問題的關(guān)鍵火車、汽車轉(zhuǎn)彎類問題的關(guān)鍵(1

17、)分析清楚向心力來源。火車平安通過內(nèi)低外高的彎道時，重力和鐵軌對火車分析清楚向心力來源?；疖嚻桨餐ㄟ^內(nèi)低外高的彎道時，重力和鐵軌對火車的支持力的合力提供火車轉(zhuǎn)彎的向心力；汽車、摩托車賽道轉(zhuǎn)彎處，高速公路的支持力的合力提供火車轉(zhuǎn)彎的向心力；汽車、摩托車賽道轉(zhuǎn)彎處，高速公路轉(zhuǎn)彎處設(shè)計成外高內(nèi)低，也是盡量使車受到的重力和支持力的合力提供向心力。轉(zhuǎn)彎處設(shè)計成外高內(nèi)低，也是盡量使車受到的重力和支持力的合力提供向心力。(2)轉(zhuǎn)彎時軌道平面和圓心?；疖囖D(zhuǎn)彎的轉(zhuǎn)彎時軌道平面和圓心?；疖囖D(zhuǎn)彎的(或高速公路彎道處的汽車或高速公路彎道處的汽車)圓軌道是水圓軌道是水平軌道，所以合力的方向水平指向圓心。平軌道，所以合力

18、的方向水平指向圓心。(3)規(guī)定速度的唯一性：鐵路彎道一旦筑成，轉(zhuǎn)彎處的規(guī)定速率就是唯一的，火規(guī)定速度的唯一性：鐵路彎道一旦筑成，轉(zhuǎn)彎處的規(guī)定速率就是唯一的，火車只有按規(guī)定速率轉(zhuǎn)彎，內(nèi)、外軌才不受火車的擠壓。速率過大時，由重力、車只有按規(guī)定速率轉(zhuǎn)彎，內(nèi)、外軌才不受火車的擠壓。速率過大時，由重力、支持力及外軌對輪緣的擠壓力的合力提供向心力；速率過小時，由重力、支持支持力及外軌對輪緣的擠壓力的合力提供向心力；速率過小時，由重力、支持力及內(nèi)軌對輪緣的擠壓力的合力提供向心力。力及內(nèi)軌對輪緣的擠壓力的合力提供向心力。針對訓(xùn)練針對訓(xùn)練2 (2021安徽師范大學(xué)附屬中學(xué)高一下期中安徽師范大學(xué)附屬中學(xué)高一下期中

19、)近年來我近年來我國高速鐵路開展迅速，現(xiàn)某新型國產(chǎn)機車總質(zhì)量為國高速鐵路開展迅速，現(xiàn)某新型國產(chǎn)機車總質(zhì)量為m，如圖，如圖7兩軌間寬度為兩軌間寬度為L，內(nèi)外軌高度差為，內(nèi)外軌高度差為h，重力加速度為，重力加速度為g，如果，如果機車要進入半徑為機車要進入半徑為R的彎道，請問，該彎道處的設(shè)計速度最為的彎道，請問，該彎道處的設(shè)計速度最為適宜的是適宜的是()圖圖7答案答案A觀察探究觀察探究如圖如圖8所示，鏈球比賽中，高速旋轉(zhuǎn)的鏈球被放手后會飛出；汽車高速轉(zhuǎn)彎時，假所示，鏈球比賽中，高速旋轉(zhuǎn)的鏈球被放手后會飛出；汽車高速轉(zhuǎn)彎時，假設(shè)摩擦力缺乏，汽車會滑出路面。請思考：設(shè)摩擦力缺乏，汽車會滑出路面。請思考：

20、離心運動離心運動圖圖8(1)鏈球飛出、汽車滑出是因為受到了離心力嗎？鏈球飛出、汽車滑出是因為受到了離心力嗎？(2)物體做離心運動的條件是什么？物體做離心運動的條件是什么？答案答案(1)不是。是因為向心力突然消失或缺乏。不是。是因為向心力突然消失或缺乏。(2)物體受的合外力消失或小于圓周運動需要的向心力。物體受的合外力消失或小于圓周運動需要的向心力。探究歸納探究歸納1.物體做離心運動的原因：物體做離心運動的原因：提供向心力的外力突然消失，或者外力不能提供足夠的向提供向心力的外力突然消失，或者外力不能提供足夠的向心力。心力。2.合外力與向心力的關(guān)系合外力與向心力的關(guān)系試題案例試題案例例例3 如圖如

21、圖9所示，高速公路轉(zhuǎn)彎處彎道圓半徑所示，高速公路轉(zhuǎn)彎處彎道圓半徑R100 m，汽車輪胎與路面間的動摩，汽車輪胎與路面間的動摩擦因數(shù)擦因數(shù)0.23。最大靜摩擦力與滑動摩擦力相等，假設(shè)路面是水平的，問汽車轉(zhuǎn)。最大靜摩擦力與滑動摩擦力相等，假設(shè)路面是水平的，問汽車轉(zhuǎn)彎時不發(fā)生徑向滑動彎時不發(fā)生徑向滑動(離心現(xiàn)象離心現(xiàn)象)所允許的最大速率所允許的最大速率vm為多大？當(dāng)超過為多大？當(dāng)超過vm時，將會時，將會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？出現(xiàn)什么現(xiàn)象？(g9.8 m/s2)圖圖9答案答案15 m/s汽車做離心運動或出現(xiàn)翻車事故汽車做離心運動或出現(xiàn)翻車事故針對訓(xùn)練針對訓(xùn)練3 (2021寧夏育才中學(xué)高一下期中寧夏育才中學(xué)高一下期中)如圖如圖10所示所示為洗衣機脫水筒的示意圖，當(dāng)脫水筒從靜止開場到完成為洗衣機脫水筒的示意圖，當(dāng)脫水筒從靜止開場到完成脫水的過程中脫水的過程中()A.衣服上的水做離心運動衣服上的水做離心運動B.衣服始終做勻速圓周運動衣服始終做勻