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

4生活中的圓周運動第六章圓周運動導(dǎo)入新課問題1：火車轉(zhuǎn)彎時的限定速度是怎樣規(guī)定的？問題2：火車超速時為什么容易造成脫軌事故?問題3：要想避免火車脫軌應(yīng)該怎樣做？交流討論1.說一說火車的車輪結(jié)構(gòu)如何？軌道結(jié)構(gòu)如何？一、火車轉(zhuǎn)彎（水平面內(nèi)的勻速圓周運動）火車車輪有突出的輪緣外軌內(nèi)軌一、火車轉(zhuǎn)彎（水平面內(nèi)的勻速圓周運動）2.如果內(nèi)外軌一樣高，火車轉(zhuǎn)彎時做曲線運動，所受合外力應(yīng)該怎樣？需要的向心力由哪些力提供？一、火車轉(zhuǎn)彎（水平面內(nèi)的勻速圓周運動）FNFG火車車輪受三個力：重力、支持力、外軌對輪緣的彈力.外軌對輪緣的彈力F提供向心力F=F向由于該彈力是由輪緣和外軌的擠壓產(chǎn)生的,且由于火車質(zhì)量很大,故輪緣和外軌間的相互作用力很大,易損壞鐵軌.怎么辦?一、火車轉(zhuǎn)彎（水平面內(nèi)的勻速圓周運動）解析：外軌高內(nèi)軌低時轉(zhuǎn)彎GFnNhLθθ此為火車轉(zhuǎn)彎時的設(shè)計速度rθ很小時,sinθ≈tanθ3.當(dāng)軌道平面與水平面之間的夾角為θ時，分析火車受到哪些力，并分析這時是誰提供火車轉(zhuǎn)彎的向心力？一、火車轉(zhuǎn)彎（水平面內(nèi)的勻速圓周運動）（1）當(dāng)v=v0時：（2）當(dāng)v>v0時：（3）當(dāng)v<v0時：輪緣不受側(cè)向壓力,最安全的轉(zhuǎn)彎速度輪緣受到外軌向內(nèi)的擠壓力,外軌易損壞。輪緣受到內(nèi)軌向外的擠壓力,內(nèi)軌易損壞。F彈F彈鐵路彎道處超速是火車脫軌和翻車的主要原因思考:(1)如果v行駛>v設(shè)計,情況如何?(2)如果v行駛<v設(shè)計,情況如何?一、火車轉(zhuǎn)彎（水平面內(nèi)的勻速圓周運動）梳理深化1.水平軌道：外軌對外輪的擠壓提供向心力。（外輪對外軌有

的擠壓，容易脫軌）2.軌道外高內(nèi)低：

提供向心力。一、火車轉(zhuǎn)彎（水平面內(nèi)的勻速圓周運動）向外重力和支持力的合力θ一、火車轉(zhuǎn)彎（水平面內(nèi)的勻速圓周運動）3.當(dāng)v＞v0時，______受到側(cè)向擠壓的力（這時向心力增大，外軌提供一部分力）當(dāng)v＜v0時，______受到側(cè)向擠壓的力（這時向心力減少，內(nèi)軌提供一部分力）4.生活中的應(yīng)用：高速路彎道、場地自行車彎道，雜技飛車走壁內(nèi)軌外軌鞏固提升一、火車轉(zhuǎn)彎（水平面內(nèi)的勻速圓周運動）例1.火車以半徑R=900m轉(zhuǎn)彎，火車質(zhì)量為8×105kg，速度為30m/s，火車軌距l(xiāng)=1.4m，要使火車通過彎道時僅受重力與軌道的支持力，軌道應(yīng)該墊的高度h？（θ較小時tanθ=sinθ）FNmgFθh解析：由力的關(guān)系得：由向心力公式得：由幾何關(guān)系得：=0.14m一、火車轉(zhuǎn)彎（水平面內(nèi)的勻速圓周運動）解析：如圖，由牛頓第二定律知:

練習(xí)1.鐵路轉(zhuǎn)彎處的圓弧半徑是1435m，內(nèi)外軌的間距為1.435m規(guī)定火車通過這里的速度是144km/h，內(nèi)外軌的高度差應(yīng)為多少才能使軌道不受輪緣的擠壓？（重力加速度10m/s2）交流討論二、汽車過拱形橋(豎直面內(nèi)的圓周運動）1.如果汽車，以某一速度v通過拱形橋的最高點的時候，向心力指向哪個方向？

3.橋面受到的壓力與汽車重力有什么關(guān)系？超重還是失重？2.汽車受到哪些力的作用，什么力提供向心力？交流討論1.如果汽車，以某一速度v通過拱形橋的最高點的時候，向心力指向哪個方向？

3.橋面受到的壓力與汽車重力有什么關(guān)系？超重還是失重？汽車受重力和支持力，合力提供向心力向心力豎直向下2.汽車受到哪些力的作用，什么力提供向心力？二、汽車過拱形橋(豎直面內(nèi)的圓周運動）

分析：G和N的合力提供汽車做圓周運動的向心力，由牛頓第二定律得：可見汽車的速度越大對橋的壓力越小。NG當(dāng)時汽車對橋的壓力為零。（臨界速度）4.當(dāng)v大于v臨界時，汽車做什么運動？由于加速度a豎直向下，屬失重現(xiàn)象。飛離橋面做平拋運動！二、汽車過拱形橋(豎直面內(nèi)的圓周運動）二、汽車過凹形路面（豎直面內(nèi)的圓周運動）5.如圖，如果汽車過凹形路面，壓力和重力有什么關(guān)系？

有向上的加速度超重梳理深化1.重力和支持力的合力提供向心力二、汽車過拱形橋2.拱形橋：失重

（有向下的加速度）

F=0時，是最高點的最大臨界速度，如果汽車的速度比

大，會飛離橋面做平拋運動二、凹型路面3.凹型路面：

超重

（有向上的加速度）4.解題步驟：（1）確定研究對象，找出圓周平面，確定圓心和半徑；（2）進(jìn)行受力分析，畫出受力分析圖；（3）找出在半徑方向的合力，即向心力；（4）用牛頓第二定律

或列方程求解

梳理深化鞏固提升例2.（多選）如圖，汽車以一定的速度經(jīng)過一個圓弧形橋面的頂點時，關(guān)于汽車的受力及汽車對橋面的壓力情況，以下說法正確的是(

)A.在豎直方向汽車受到三個力：重力、橋面的支持力和向心力B.在豎直方向汽車只受兩個力：重力和橋面的支持力C.汽車對橋面的壓力小于汽車的重力D.汽車對橋面的壓力大于汽車的重力二、汽車過拱形橋及凹型路面（豎直面上的圓周運動）BC練習(xí)2：一輛滿載的卡車在起伏的公路上勻速行駛，如圖所示，由于輪胎過熱，容易爆胎。暴胎可能性最大的地段是()

ABCDD二、汽車過拱形橋及凹型路面（豎直面上的圓周運動）交流討論三、航天器中的失重現(xiàn)象1.地球可以看做一個巨大的拱形橋，橋面的半徑就是地球的半徑。會不會出現(xiàn)這樣的情況：速度大到一定程度時，地面對車的支持力是零？這時駕駛員與座椅之間的壓力是多少？…你可以判斷此時的宇航員處于什么狀態(tài)（超重或失重）駕駛員對座椅的壓力為零，駕駛員處于完全失重狀態(tài)2.假設(shè)宇宙飛船總質(zhì)量為M，它在地球表面附近繞地球做勻速圓周運動，其軌道半徑近似等于地球半徑r，航天員質(zhì)量為m，宇宙飛船和航天員受到的地球引力近似等于他們在地面上的重力mg

。試求座艙對宇航員的支持力為零時飛船的速度多大?通過求解，你可以判斷此時的宇航員處于什么狀態(tài)（超重或失重）。

駕駛員對座椅的壓力為零三、航天器中的失重現(xiàn)象梳理深化對宇航員，重力提供其做圓周運動的向心力時，由牛頓第二定律可知三、航天器中的失重現(xiàn)象

解得：

，人對座椅的壓力為零，宇航員處于完全失重狀態(tài)鞏固提升例3.宇宙飛船繞地球做勻速圓周運動，下列說法正確的是(

)A.在飛船內(nèi)可以用天平測量物體的質(zhì)量B.在飛船內(nèi)可以用水銀氣壓計測艙內(nèi)的氣壓C.在飛船內(nèi)可以用彈簧測力計測拉力D.在飛船內(nèi)將重物掛于彈簧測力計上，彈簧測力計示數(shù)為0，

但重物仍受地球的引力CD

三、航天器中的失重現(xiàn)象練習(xí)3.有科學(xué)家曾設(shè)想，未來人類將離開地球到宇宙中去生活，科學(xué)家設(shè)計了如圖所示的宇宙村，它是一個圓形的密閉建筑，人們生活在圓環(huán)的邊上．為了使人們在其中生活且不至于有失重感，可以讓它旋轉(zhuǎn)起來．則關(guān)于設(shè)想的下列說法中正確的是（）A.若要使人類在其中生活時的感覺和在地球上一樣（沒有失重感），當(dāng)“宇宙村”轉(zhuǎn)動時，生活在圓環(huán)邊沿的人的向心加速度應(yīng)等于地球表面的重力加速度值B.當(dāng)“宇宙村”轉(zhuǎn)動時，生活在圓環(huán)邊沿的人受大于重力的靜摩擦力作用C.當(dāng)“宇宙村”轉(zhuǎn)動時，生活在圓環(huán)邊沿的人受豎直向下的重力作用D.當(dāng)“宇宙村”轉(zhuǎn)動時，生活在圓環(huán)邊沿的人受彈力和向心力作用A三、航天器中的失重現(xiàn)象交流討論四、離心運動1.物體做勻速圓周運動的條件是什么？合力提供向心力2.如果突然剪斷細(xì)線小球?qū)⒆鍪裁催\動？沿切線方向做勻速直線運動mOr光滑水平面離心運動四、離心運動做圓周運動的物體，在提供的向心力突然消失，或者不足以提供圓周運動所需的向心力的情況下，就做逐漸遠(yuǎn)離圓心的運動。3.物體做離心運動的條件？4.生活中哪些現(xiàn)象是離心運動的應(yīng)用，哪些情況是防止離心運動？應(yīng)用：離心脫水、棉花糖、離心機、把體溫計的水銀柱甩回玻璃泡內(nèi)；防止：汽車轉(zhuǎn)彎，高速轉(zhuǎn)動的砂輪、飛輪的限速。梳理深化四、離心運動1.離心運動：做圓周運動的物體，在提供的向心力突然消失，或者不足以提供圓周運動所需的向心力的情況下，就做逐漸遠(yuǎn)離圓心的運動。2.物體做離心運動的條件：Fn<F需向離心拋擲離心脫水離心分離離心甩干四、離心運動的應(yīng)用四、離心運動的防止OFvOvF靜·鞏固提升例4.如圖所示為洗衣機脫水筒．在勻速轉(zhuǎn)動的洗衣機脫水筒內(nèi)壁上有一件濕衣服與圓筒一起運動，衣服相對于圓筒壁靜止，則()A.衣服受重力、彈力、壓力、摩擦力、向心力五個力作用B.洗衣機脫水筒轉(zhuǎn)動得越快，衣服與筒壁間的彈力就越小C.衣服上的水滴與衣服間的附著力不足以提供水滴所需要的向心力時，水滴做離心運動D.衣服上的水滴與衣服間的附著力大于水滴所需的向心力時，水滴做離心運動C

四、離心運動的應(yīng)用與防止練習(xí)4.（多選）如圖所示，光滑的水平面上，小球m在拉力F作用下做勻速圓周運動，若小球到達(dá)P點時F突然發(fā)生變化，下列關(guān)于小球運動的說法正確的是()A.F

突然消失，小球?qū)⒀剀壽EPa做離心運動B.F

突然變小，小球?qū)⒀剀壽EPa做離心運動C.F

突然變小，小球?qū)⒀剀壽EPb做離心運動D.F

突然變小，小球?qū)⒀剀壽EPc逐漸靠近圓心