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

4生活中的圓周運(yùn)動(dòng)第六章圓周運(yùn)動(dòng)火車(chē)轉(zhuǎn)彎一思考：在鐵道彎道處，稍微留意一下，就能發(fā)現(xiàn)內(nèi)、外軌道的高度略有不同。你能解釋其中的原因嗎？火車(chē)轉(zhuǎn)彎一1.了解火車(chē)車(chē)輪的構(gòu)造輪緣踏面鐵軌火車(chē)轉(zhuǎn)彎一2.火車(chē)轉(zhuǎn)彎時(shí)的動(dòng)力學(xué)分析

（1）在水平軌道轉(zhuǎn)彎F彈GFN問(wèn)1：火車(chē)受幾個(gè)力？什么力充當(dāng)向心力？問(wèn)2：這種轉(zhuǎn)彎方式的缺點(diǎn)是什么？

火車(chē)轉(zhuǎn)彎一2.火車(chē)轉(zhuǎn)彎時(shí)的動(dòng)力學(xué)分析問(wèn)3：如何設(shè)計(jì)來(lái)避免這種情況？答：使用傾斜軌道西班牙火車(chē)脫軌，限速80km/h，時(shí)速179km/h，最終致80人死亡火車(chē)轉(zhuǎn)彎一2.火車(chē)轉(zhuǎn)彎時(shí)的動(dòng)力學(xué)分析火車(chē)轉(zhuǎn)彎時(shí)在水平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)（2）在傾斜軌道轉(zhuǎn)彎問(wèn)：為了不擠壓內(nèi)外軌道？什么力充當(dāng)向心力？

mgFNθF合

其中R為彎道半徑，θ為軌道平面與水平面間的夾角.火車(chē)轉(zhuǎn)彎（規(guī)律總結(jié)）一mgFNθF合

(1)當(dāng)火車(chē)行駛速度v=v安時(shí)：

內(nèi)外軌道對(duì)車(chē)輪無(wú)擠壓作用，此時(shí)為最安全的轉(zhuǎn)彎速度(2)當(dāng)火車(chē)行駛速度v>v安時(shí)：

外軌道對(duì)輪緣有向內(nèi)的壓力，此時(shí)外軌道易損壞(3)當(dāng)火車(chē)行駛速度v<v安時(shí)：

內(nèi)軌道對(duì)輪緣有向外的壓力，此時(shí)內(nèi)軌道易損壞3.速度與軌道壓力的關(guān)系

汽車(chē)過(guò)拱形橋二思考：為什么在生活中凸形橋比較多，而凹形橋比較少？汽車(chē)過(guò)拱形橋二1.汽車(chē)過(guò)凸形橋

問(wèn)1：汽車(chē)過(guò)凸形橋時(shí)，在最高點(diǎn)，車(chē)對(duì)橋的壓力為多少？mg－FN對(duì)車(chē)在最高點(diǎn)進(jìn)行受力分析由向心力公式可得：解：

FN＝根據(jù)牛三定律：FN′＝FN＝<mg汽車(chē)處于失重狀態(tài)（FN<mg，a方向向下

）汽車(chē)過(guò)拱形橋二1.汽車(chē)過(guò)凸形橋

問(wèn)2：汽車(chē)過(guò)凸形橋時(shí)，運(yùn)動(dòng)速度變大，車(chē)對(duì)橋的壓力如何變化？解：

FN＝當(dāng)FN=0時(shí)，汽車(chē)脫離橋面，做平拋運(yùn)動(dòng)，汽車(chē)及其中的物體處于完全失重狀態(tài)即汽車(chē)速度越大，對(duì)橋面壓力越小

當(dāng)FN=0時(shí)，汽車(chē)的速度為多大？（臨界速度）汽車(chē)過(guò)拱形橋二2.汽車(chē)過(guò)凹形橋

問(wèn)：汽車(chē)過(guò)凹形橋時(shí)，在最低點(diǎn)，車(chē)對(duì)橋的壓力是怎么樣的？解：對(duì)車(chē)在最低點(diǎn)進(jìn)行受力分析由向心力公式可得：

FN＝FN－mg根據(jù)牛三定律：FN′＝FN＝

>

mg汽車(chē)處于超重狀態(tài)（FN

>

mg，a方向向上

）若汽車(chē)通過(guò)凹形橋的速度增大，會(huì)出現(xiàn)什么情況？汽車(chē)過(guò)拱形橋（規(guī)律總結(jié)）二受力分析

汽車(chē)對(duì)橋面的壓力超重失重狀態(tài)失重超重FN＝<mg

FN＝>mg汽車(chē)過(guò)橋問(wèn)題與航天器中的失重現(xiàn)象二汽車(chē)過(guò)橋問(wèn)題與航天器中的失重現(xiàn)象二解：

此時(shí)司機(jī)與車(chē)處于完全失重狀態(tài)這里描述的場(chǎng)景已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了，不過(guò)不是汽車(chē)上，而是在航天器中航天器中的失重現(xiàn)象三問(wèn)1：航天器在發(fā)射升空（加速上升）時(shí)，航天員處于超重還是失重狀態(tài)？解：FN－mg=maFN＞mgmgFNa問(wèn)2：航天器在軌道正常運(yùn)行（繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)）時(shí)，航天員處于超重還是失重狀態(tài)？航天器中的失重現(xiàn)象三解：?jiǎn)?：航天器在軌道正常運(yùn)行（繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)）時(shí)，航天員處于超重還是失重狀態(tài)？航天器繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，假設(shè)它的線(xiàn)速度大小為v，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收到的重力mgFN＝<mg

離心運(yùn)動(dòng)四問(wèn)1：這兩張動(dòng)圖反應(yīng)了物體做離心運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，他們之間有什么區(qū)別？離心運(yùn)動(dòng)四1.定義：做圓周運(yùn)動(dòng)的物體沿切線(xiàn)飛出或做

圓心的運(yùn)動(dòng).2.原因：向心力突然

或合力

.3.離心運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用和防止(1)應(yīng)用：離心干燥器；洗衣機(jī)的

；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(dòng)的砂輪、飛輪的轉(zhuǎn)速不能太高；在公路彎道，車(chē)輛不允許超過(guò)

.逐漸遠(yuǎn)離消失不足以提供所需的向心力脫水筒規(guī)定的速度離心運(yùn)動(dòng)三1.物體做離心運(yùn)動(dòng)的原因提供向心力的合力突然消失，或者合力不能提供足夠的向心力.注意：物體做離心運(yùn)動(dòng)并不是物體受到“離心力”作用，而是由于合外力不能提供足夠的向心力.所謂“離心力”實(shí)際上并不存在.2.合力與向心力的關(guān)系(如圖所示).(4)若F合＝0，則物體沿切線(xiàn)方向做直線(xiàn)運(yùn)動(dòng).第六章圓周運(yùn)動(dòng)本課結(jié)束探究重點(diǎn)提升素養(yǎng)02例1

鐵路在彎道處的內(nèi)外軌道高度是不同的，已知內(nèi)外軌道平面與水平面的夾角為θ，如圖3所示，彎道處的圓弧半徑為R，若質(zhì)量為m的火車(chē)轉(zhuǎn)彎時(shí)速度等于

，則A.內(nèi)軌對(duì)內(nèi)側(cè)車(chē)輪輪緣有擠壓B.外軌對(duì)外側(cè)車(chē)輪輪緣有擠壓圖3√針對(duì)訓(xùn)練

(多選)公路急轉(zhuǎn)彎處通常是交通事故多發(fā)地帶.如圖4所示，某公路急轉(zhuǎn)彎處是一圓弧，當(dāng)汽車(chē)行駛的速率為v0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v0，車(chē)輛便會(huì)向內(nèi)側(cè)滑動(dòng)C.車(chē)速雖然高于v0，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，v0的值變小圖4√√解析當(dāng)汽車(chē)行駛的速率為v0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)，即不受靜摩擦力，此時(shí)僅由其重力和路面對(duì)其支持力的合力提供向心力，所以路面外側(cè)高、內(nèi)側(cè)低，選項(xiàng)A正確；當(dāng)車(chē)速低于v0時(shí)，需要的向心力小于重力和支持力的合力，汽車(chē)有向內(nèi)側(cè)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，受到的靜摩擦力向外側(cè)，并不一定會(huì)向內(nèi)側(cè)滑動(dòng)，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；當(dāng)車(chē)速高于v0時(shí)，需要的向心力大于重力和支持力的合力，汽車(chē)有向外側(cè)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，靜摩擦力向內(nèi)側(cè)，速度越大，靜摩擦力越大，只有靜摩擦力達(dá)到最大以后，車(chē)輛才會(huì)向外側(cè)滑動(dòng)，選項(xiàng)C正確；汽車(chē)過(guò)橋問(wèn)題與航天器中的失重現(xiàn)象二1.拱形橋問(wèn)題(1)汽車(chē)過(guò)拱形橋(如圖5)圖5說(shuō)明：汽車(chē)通過(guò)拱形橋的最高點(diǎn)時(shí)，向心加速度向下，汽車(chē)對(duì)橋的壓力小于其自身的重力，而且車(chē)速越大，壓力越小，此時(shí)汽車(chē)處于失重狀態(tài).(2)汽車(chē)過(guò)凹形橋(如圖6)說(shuō)明：汽車(chē)通過(guò)凹形橋的最低點(diǎn)時(shí)，向心加速度向上，而且車(chē)速越大，壓力越大，此時(shí)汽車(chē)處于超重狀態(tài).由于汽車(chē)對(duì)橋面的壓力大于其自身重力，故凹形橋易被壓垮，因而實(shí)際中拱形橋多于凹形橋.圖62.繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星、飛船、空間站處于完全失重狀態(tài).(3)航天器內(nèi)的任何物體都處于完全失重狀態(tài).例2如圖所示，地球可以看成一個(gè)巨大的拱形橋，橋面半徑R＝6400km，地面上行駛的汽車(chē)中駕駛員的重力G＝800N，在汽車(chē)不離開(kāi)地面的前提下，下列分析中正確的是A.汽車(chē)的速度越大，則汽車(chē)對(duì)地面的壓力也越大B.不論汽車(chē)的行駛速度如何，駕駛員對(duì)座椅壓力大小都等于800NC.只要汽車(chē)行駛，駕駛員對(duì)座椅壓力大小都小于他自身的重力D.如果某時(shí)刻速度增大到使汽車(chē)對(duì)地面壓力為零，則此時(shí)駕駛員會(huì)有超重的感覺(jué)√解析汽車(chē)以及駕駛員的重力和地面對(duì)汽車(chē)的支持力的合力提供汽車(chē)做圓周運(yùn)動(dòng)所需向心力，則有mg－FN＝m，重力是一定的，v越大，則FN越小，故A錯(cuò)誤；因?yàn)橹灰?chē)行駛，駕駛員的一部分重力則會(huì)用于提供駕駛員做圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力，結(jié)合牛頓第三定律可知駕駛員對(duì)座椅壓力大小小于其自身的重力，故B錯(cuò)誤，C正確；如果速度增大到使汽車(chē)對(duì)地面的壓力為零，說(shuō)明汽車(chē)和駕駛員的重力全部用于提供做圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力，處于完全失重狀態(tài)，此時(shí)駕駛員會(huì)有失重的感覺(jué)，故D錯(cuò)誤.例3如圖8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60m，如果橋面能承受的壓力不超過(guò)3.0×105N，則：(g取10m/s2)(1)汽車(chē)允許的最大速率是多少？圖8(2)若以所求速率行駛，汽車(chē)對(duì)橋面的最小壓力是多少？答案1.0×105N解析汽車(chē)在凸形橋頂部時(shí)，合力向下，汽車(chē)受到的支持力最小，由牛頓第二定律得由牛頓第三定律得，在凸形橋頂部汽車(chē)對(duì)橋面的壓力為1.0×105N，此即最小壓力.離心運(yùn)動(dòng)三1.物體做離心運(yùn)動(dòng)的原因提供向心力的合力突然消失，或者合力不能提供足夠的向心力.注意：物體做離心運(yùn)動(dòng)并不是物體受到“離心力”作用，而是由于合外力不能提供足夠的向心力.所謂“離心力”實(shí)際上并不存在.2.合力與向心力的關(guān)系(如圖9所示).圖9例4關(guān)于離心運(yùn)動(dòng)，下列說(shuō)法中正確的是A.物體一直不受外力作用時(shí)，可能做離心運(yùn)動(dòng)B.在外界提供的向心力突然變大時(shí)，原來(lái)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體將做離心運(yùn)動(dòng)C.只要向心力的數(shù)值發(fā)生變化，原來(lái)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體就將做離心運(yùn)動(dòng)D.當(dāng)外界提供的向心力突然消失或數(shù)值變小時(shí)，原來(lái)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體將做

離心運(yùn)動(dòng)√解析離心運(yùn)動(dòng)是指原來(lái)在做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體后來(lái)遠(yuǎn)離圓心，所以選項(xiàng)A錯(cuò)誤；離心運(yùn)動(dòng)發(fā)生的條件是：實(shí)際的合力小于做圓周運(yùn)動(dòng)所需要的向心力，所以選項(xiàng)B、C錯(cuò)誤，D正確.(4)若F合＝0，則物體沿切線(xiàn)方向做直線(xiàn)運(yùn)動(dòng).隨堂演練逐點(diǎn)落實(shí)031.(火車(chē)轉(zhuǎn)彎問(wèn)題)(多選)全國(guó)鐵路大面積提速，給人們的生活帶來(lái)便利.火車(chē)轉(zhuǎn)彎可以看成是在水平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，火車(chē)速度提高會(huì)使外軌受損.為解決火車(chē)高速轉(zhuǎn)彎時(shí)外軌受損這一難題，以下措施可行的是A.適當(dāng)減小內(nèi)外軌的高度差B.適當(dāng)增加內(nèi)外軌的高度差C.適當(dāng)減小彎道半徑D.適當(dāng)增大彎道半徑1234√√12342.(航天器中的失重現(xiàn)象)(多選)航天飛機(jī)在圍繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，關(guān)于航天員，下列說(shuō)法中正確的是A.航天員受到的重力消失了B.航天員仍受重力作用，重力提供其做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力C.航天員處于超重狀態(tài)D.航天員對(duì)座椅的壓力為零1234√√解析航天飛機(jī)在繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，依然受地球的吸引力，而且正是這個(gè)吸引力提供航天飛機(jī)繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，航天員的加速度與航天飛機(jī)的相同，是其重力提供向心力，選項(xiàng)A錯(cuò)誤，B正確；此時(shí)航天員不受座椅彈力，即航天員對(duì)座椅的壓力為零，處于完全失重狀態(tài)，選項(xiàng)D正確，C錯(cuò)誤.3.(離心現(xiàn)象)在冬奧會(huì)短道速滑項(xiàng)目中，運(yùn)動(dòng)員繞周長(zhǎng)僅111米的短道競(jìng)賽.比賽過(guò)程中運(yùn)動(dòng)員在通過(guò)彎道時(shí)如果不能很好地控制速度，將發(fā)生側(cè)滑而摔離正常比賽路線(xiàn).如圖10所示，圓弧虛線(xiàn)Ob代表彎道，即正常運(yùn)動(dòng)路線(xiàn)，Oa為運(yùn)動(dòng)員在O點(diǎn)時(shí)的速度方向(研究時(shí)可將運(yùn)動(dòng)員看做質(zhì)點(diǎn)).下列論述正確的是A.發(fā)生側(cè)滑是因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)員受到的合力方向背離圓心B.發(fā)生側(cè)滑是因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)員受到的合力大于所需要的向心力C.若在O點(diǎn)發(fā)生側(cè)滑，則滑動(dòng)的方向在Oa左側(cè)D.若在O點(diǎn)發(fā)生側(cè)滑，則滑動(dòng)的方向在Oa右側(cè)與Ob之間1234圖10√解析發(fā)生側(cè)滑是因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)員的速度過(guò)大，所需要的向心力過(guò)大，而運(yùn)動(dòng)員受到的合力小于所需要的向心力，受到的合力方向指向圓弧內(nèi)側(cè)，故選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤；運(yùn)動(dòng)員在水平方向不受任何外力時(shí)沿Oa方向做離心運(yùn)動(dòng)，實(shí)際上運(yùn)動(dòng)員受到的合力方向指向圓弧Ob內(nèi)側(cè)，所以運(yùn)動(dòng)員滑動(dòng)的方向在Oa右側(cè)與Ob之間，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤，D正確.12344.(汽車(chē)轉(zhuǎn)彎與過(guò)橋問(wèn)題)(2019·山西現(xiàn)代雙語(yǔ)學(xué)校期中)在高級(jí)瀝青鋪設(shè)的高速公路上，汽車(chē)的設(shè)計(jì)時(shí)速是108km/h，汽車(chē)在這種路面上行駛時(shí)，它的輪胎與地面的最大靜摩擦力等于車(chē)重的

(g取10m/s2).(1)如果汽車(chē)在這種高速公路的彎道上拐彎，假設(shè)彎道的路面是水平的，其彎道的最小半徑是多少？1234答案150m1234解析設(shè)汽車(chē)的質(zhì)量為m.由速度v＝108km/h＝30m/s得彎道半徑rmin＝150m(2)如果高速公路上設(shè)計(jì)了圓弧拱形立交橋，要使汽車(chē)能夠以設(shè)計(jì)時(shí)速安全通過(guò)圓弧拱橋，這個(gè)