【公開課】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

高一物理必修二6.4生活中的圓周運動圓周運動的生活中的一種常見運動形式，例如過山車、拱橋、圓錐擺，我們從物理知識的視角來看一看這些圓周運動，以及它們遵循的物理規(guī)律……火車轉(zhuǎn)彎乘坐高鐵時，我們都知道，端坐在座椅上的人，有時卻感到左搖右擺，其實這時候是高鐵在轉(zhuǎn)彎。觀察下圖，回答：火車轉(zhuǎn)彎時外軌與內(nèi)軌的高度一樣嗎？火車的車輪設計有什么特點？提示：火車轉(zhuǎn)彎時外軌與內(nèi)軌的高度不一樣，外

內(nèi)

。而且火車的車輪設計有突出的

。1.鐵路彎道的特點鐵路彎道處，外軌高于內(nèi)軌，若火車按規(guī)定的速度v0行駛，轉(zhuǎn)彎所需的向心力完全由重力和支持力的合力提供，即F=mgtanθ＝

，如圖所示，則v0＝

，其中R為彎道半徑，θ為軌道平面與水平面間的夾角．

2．當火車行駛速度v等于規(guī)定速度v0時，所需向心力僅由重力和支持力的合力提供，此時內(nèi)外軌道對火車輪緣無擠壓作用．若火車轉(zhuǎn)彎時速度大于規(guī)定速度v0或小于規(guī)定速度v0，火車對軌道的壓力情況如何？(1)當火車行駛速度v>v0時，

軌道對輪緣有側(cè)壓力．(2)當火車行駛速度v<v0時，

軌道對輪緣有側(cè)壓力．所需向心力過大，重力和支持力的合力不足以提供，所以外軌道對輪緣產(chǎn)生壓力，以補充向心力同理,自行車摩托車轉(zhuǎn)彎、滑冰運動員轉(zhuǎn)彎時也需要向心力：1．判斷正誤。(1)火車轉(zhuǎn)彎可以簡化為水平面上的圓周運動。(

)(2)火車轉(zhuǎn)彎處的軌道內(nèi)軌要高于外軌。(

)(3)火車轉(zhuǎn)彎時所需的向心力是車軌與車輪間的擠壓提供的。(

)(4)火車通過彎道時具有速度的限制。(

)2．在鐵路轉(zhuǎn)彎處，往往使外軌略高于內(nèi)軌，這是為了(

)A．增加火車輪子對外軌的擠壓B．增加火車輪子對內(nèi)軌的擠壓C．使火車車身傾斜，利用重力和支持力的合力提供火車轉(zhuǎn)彎所需的向心力D．以上說法都不對√√××C[例題1]鐵路轉(zhuǎn)彎處的圓弧半徑是300m，軌距是1435mm，規(guī)定火車通過這里的速度是72km/h。(g取9.8m/s2)(1)內(nèi)、外軌的高度差應為多大，才能使鐵軌不受輪緣的擠壓？(2)保持內(nèi)、外軌的這個高度差，如果車的速度大于或小于72km/h，分別會發(fā)生什么現(xiàn)象？說明理由。(軌道平面與水平面間的夾角一般很小，可以近似地認為tanα≈sinα)(1)0.195m針對訓練1．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，下列措施可行的是(

)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．適當增大內(nèi)外軌間距B2．有一列質(zhì)量為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。(g取10m/s2)(1)試計算鐵軌受到的側(cè)壓力大??；(2)若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，我們可以適當傾斜路基，試計算路基傾斜角度θ的正切值。(1)1×105N(2)0.1汽車過拱形橋某次軍事演習中，一輛戰(zhàn)車以恒定的速度在起伏不平的路面上行進。戰(zhàn)車在B點和C點對路面的壓力一樣嗎？不一樣，戰(zhàn)車在B點對路面的壓力比C點

。汽車在拱形橋或凹形路面行駛時，可以看作勻速圓周運動1．汽車過拱形橋時，汽車對橋的壓力小于重力，汽車處于失重狀態(tài)，速度越大，壓力越?。?．汽車過凹形路面時，汽車對路面的壓力大于重力，汽車處于超重狀態(tài)，速度越大，壓力越大．汽車過半徑為R的拱形橋，要保證安全，在頂部時汽車的最大速度為多少？若超過這個速度，汽車做什么運動？(已知重力加速度為g)1．判斷正誤。(1)汽車過拱形橋時的運動可簡化為豎直平面內(nèi)的圓周運動。(

)(2)汽車過拱形橋時，速度越大對橋的壓力越大。(

)(3)汽車在拱形橋上行駛，速度較小時，對橋面的壓力大于汽車所受的重力；速度較大時，對橋面的壓力小于汽車所受的重力。(

)(4)汽車經(jīng)過凹形路面底部時，對路面的壓力一定大于汽車所受的重力。(

)2．如圖所示，汽車在炎熱的夏天沿不規(guī)整的曲面行駛，其中最容易發(fā)生爆胎的點是(汽車運動速率不變)(

)A．a(chǎn)點B．b點C．c點D．d點√√××D例題2一輛質(zhì)量m＝2t的汽車，駛過半徑R＝90m的一段拱形橋面，g取10m/s2。(1)汽車以10m/s的速度通過橋面最高點時，對橋面的壓力是多大？(2)在最高點對橋面的壓力等于汽車所受重力的一半時，車的速度大小是多少？

航天器中的失重現(xiàn)象如圖所示，地球可以看成一個巨大的拱形橋，橋面半徑R＝6400km，一輛汽車在地面上行駛，已知重力加速度g取10m/s2，在汽車不離開地面的前提下：(1)汽車速度增大時，地面對它的支持力如何變化？(2)汽車速度達到多大時，地面對汽車的支持力為零？此時駕駛員對座椅的壓力是多大？駕駛員處于什么狀態(tài)？(3)汽車速度繼續(xù)增加，駕駛員（宇航員）處于什么狀態(tài)？物體放在水平桌面上，它會對桌面產(chǎn)生壓力；如果航天器繞地球做圓周運動，那么航天器中的物體會對航天器產(chǎn)生壓力嗎？航天器中的物體不會對航天器產(chǎn)生壓力。1．航天器在近地軌道的運動(1)對航天器，在近地軌道可認為受到的地球引力等于其重力，重力充當向心力，滿足的關系為mg＝

。(2)對航天員，由重力和座椅的支持力提供向心力，滿足的關系為mg－FN＝

。由此可得，當v＝

時，F(xiàn)N＝0，航天員處于完全失重狀態(tài)，對座椅壓力為零。2．對失重現(xiàn)象的認識航天器內(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。正因為受到地球引力的作用才使航天器連同其中的乘員一起做

。離心運動3.應用：①洗衣機脫水。②煉鋼廠制作無縫鋼管。③醫(yī)務人員從血液中分離血漿和紅細胞。1．物體做離心運動的原因提供向心力的合力突然消失，或者合力不足以提供所需的向心力．2.離心運動、近心運動的判斷：物體做圓周運動時出現(xiàn)離心運動還是近心運動，由實際提供的合力F合和所需向心力的大小關系決定．(1)當F合＝mω2r時，“提供”等于“需要”，物體做勻速圓周運動；(2)當F合>mω2r時，“提供”超過“需要”，物體做近心運動；(3)當0≤F合<mω2r時，“提供”不足，物體做離心運動．(4)若

F

合＝0，則物體沿切線方向做勻速直線運動。1．判斷正誤。(1)繞地球做勻速圓周運動的航天器中，宇航員及所有物體均處于完全失重狀態(tài)。(

)(2)航天器中處于完全失重狀態(tài)的物體不受重力作用。(

)(3)離心運動是物體受到了離心力的作用。(