新教材高中物理第六章圓周運動4生活中的圓周運動課件新人教版必修第二冊

第六章圓周運動4．生活中的圓周運動目標體系構(gòu)建【學習目標】1．能根據(jù)所學知識分析生活中的圓周運動現(xiàn)象。2．知道航天器中的失重現(xiàn)象。3．觀察生活中的離心現(xiàn)象，知道離心運動產(chǎn)生的原因，了解在生活中的應用及帶來的危害。【思維脈絡】課前預習反饋

思考辨析『判一判』(1)鐵路的彎道處，內(nèi)軌高于外軌。 (

)(2)火車轉(zhuǎn)彎時的向心力一定是重力與鐵軌支持力的合力提供的。

(

)(3)汽車駛過拱形橋頂部時，對橋面的壓力等于車重。 (

)(4)汽車行駛至凹形橋底部時，對橋面的壓力大于車重。 (

)(5)繞地球做勻速圓周運動的航天器中的航天員處于完全失重狀態(tài)，故不再受重力。

(

)(6)做離心運動的物體可以沿半徑方向向外運動。 (

)×

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√

×

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『選一選』(2021·河南高一月考)如圖所示，一位乘客乘坐摩天輪在豎直平面內(nèi)做勻速圓周運動，下列判斷中正確的是 (

)A．乘客始終受三個力作用B．乘客的向心加速度方向總是不變C．乘客的向心力總是與速度垂直D．乘客在最高點處于超重狀態(tài)C

解析：乘客在最低點和最高點只有重力與座椅的支持力作用，故A錯誤；做勻速圓周運動的物體向心加速度方向始終指向圓心，由牛頓第二定律可知，向心力的方向也始終指向圓心即總是與速度垂直，故B錯誤，C正確；乘客在最高點合力方向豎直向下，則處于失重狀態(tài)，故D錯誤?！合胍幌搿挥螛穲龅男D(zhuǎn)盤上，開始時有的人離轉(zhuǎn)軸近一些，有的人離轉(zhuǎn)軸遠一些(如圖)。當旋轉(zhuǎn)盤加速時，哪些人更容易發(fā)生滑動？為什么？答案：見解析解析：離軸遠一些的人更容易滑動。根據(jù)向心力公式F＝mω2r可知，旋轉(zhuǎn)盤上的人角速度一樣，離軸越遠，所需向心力越大，轉(zhuǎn)盤上的人所需向心力都是由人與轉(zhuǎn)盤間的摩擦力提供，所以離軸越遠，越容易滑動。課內(nèi)互動探究探究

摩托車在水平道路上轉(zhuǎn)彎(圖甲)和火車轉(zhuǎn)彎(圖乙)，它們的共同點是什么？提供向心力的方式一樣嗎？鐵路彎道處鐵軌有什么特點？火車轉(zhuǎn)彎問題情景導入提示：共同點：摩托車在平直公路轉(zhuǎn)彎和火車轉(zhuǎn)彎都需要向心力。摩托車轉(zhuǎn)彎時由摩擦力提供向心力，火車質(zhì)量太大，輪緣與外軌間的相互作用力太大，鐵軌和車輪極易受損，需要設(shè)置特別的軌道，使外軌高于內(nèi)軌，使火車受到的重力、支持力的合力提供向心力。1．火車車輪的特點火車的車輪有凸出的輪緣，火車在鐵軌上運行時，車輪與鐵軌有水平與豎直兩個接觸面，這種結(jié)構(gòu)特點，主要是避免火車運行時脫軌，如圖所示。要點提煉2．火車彎道的特點彎道處外軌高于內(nèi)軌，火車在行駛過程中，重心高度不變，即火車的重心軌跡在同一水平面內(nèi)，火車的向心加速度和向心力均沿水平面指向圓心。4．軌道輪緣壓力與火車速度的關(guān)系(1)當火車行駛速率v等于規(guī)定速度v0時，內(nèi)、外軌道對輪緣都沒有側(cè)壓力。(2)當火車行駛速度v大于規(guī)定速度v0時，火車有離心運動趨勢，故外軌道對輪緣有側(cè)壓力。(3)當火車行駛速度v小于規(guī)定速度v0時，火車有向心運動趨勢，故內(nèi)軌道對輪緣有側(cè)壓力。汽車、摩托車賽道拐彎處，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，以減小車輪與路面之間的橫向摩擦力。特別提醒

鐵路轉(zhuǎn)彎處的圓弧半徑是300m，軌距是1.435m，規(guī)定火車通過這里的速度是72km/h，內(nèi)外軌的高度差應該是多大，才能使鐵軌不受輪緣的擠壓？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，會分別發(fā)生什么現(xiàn)象？(g＝9.8m/s2)說明理由。典題1典例剖析解析：火車在轉(zhuǎn)彎時所需的向心力在“臨界”狀況時由火車所受的重力和軌道對火車的支持力的合力提供。如圖所示，圖中h為內(nèi)外軌高度差，L為軌距。討論：(1)如果車速v＞72km/h(20m/s)，F(xiàn)將小于需要的向心力，所差的力仍需由外軌對輪緣的彈力來彌補。這樣就出現(xiàn)外側(cè)車輪的輪緣向外擠壓外軌的現(xiàn)象。(2)如果車速v＜72km/h，F(xiàn)將大于需要的向心力。超出的力則由內(nèi)軌對內(nèi)側(cè)車輪緣的壓力來平衡，這樣就出現(xiàn)了內(nèi)側(cè)車輪的輪緣向外擠壓內(nèi)軌的現(xiàn)象。點評：臨界值是圓周運動中經(jīng)?？疾榈囊粋€重點內(nèi)容，它是物體在做圓周運動過程中，發(fā)生質(zhì)變的數(shù)值或使物體受力情況發(fā)生變化的關(guān)鍵數(shù)值，今后要注意對臨界值的判斷和應用。1．(多選)(2021·曲周縣第一中學高一開學考試)在公路轉(zhuǎn)彎處外側(cè)的李先生家門口，三個月內(nèi)連續(xù)發(fā)生了八次大卡車側(cè)翻的交通事故。經(jīng)公安部門和交通部門協(xié)力調(diào)查，畫出的現(xiàn)場示意圖如圖所示。為了避免事故再次發(fā)生，很多人提出了建議，下列建議中合理的是 (

)A．在進入轉(zhuǎn)彎處設(shè)立限速標志，提醒司機不要超速轉(zhuǎn)彎B．改進路面設(shè)計，減小車輪與路面間的摩擦C．改造此段彎路，使彎道內(nèi)側(cè)低、外側(cè)高D．改造此段彎路，使彎道內(nèi)側(cè)高、外側(cè)低對點訓練AC

解析：車發(fā)生側(cè)翻是因為提供的力不夠做圓周運動所需的向心力，發(fā)生離心運動；故減小速度可以減小向心力，可以防止側(cè)翻現(xiàn)象，故A正確；在水平路面上拐彎時，靠靜摩擦力提供向心力，故可以通過改進路面設(shè)計，增大車輪與路面間的摩擦力，故B錯誤；易發(fā)生側(cè)翻也可能是路面設(shè)計不合理，公路的設(shè)計上可能內(nèi)側(cè)高外側(cè)低，重力沿斜面方向的分力背離圓心，導致合力不夠提供向心力而致；故應改造路面使內(nèi)側(cè)低，外側(cè)高，故C正確，D錯誤。探究

如圖所示，在某次軍事演習中，一輛戰(zhàn)車以恒定的速度在起伏不平的路面上行進，戰(zhàn)車在哪一點對路面的壓力最大？在哪一點對路面的壓力最小呢？提示：戰(zhàn)車在B點時對路面的壓力最大，在A點時對路面壓力最小。汽車過橋問題情景導入關(guān)于汽車過橋問題，用圖表概括如下：要點提煉特別提醒

如圖所示，質(zhì)量m＝2.0×104kg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60m，如果橋面承受的壓力不得超過3.0×105N則：(1)汽車允許的最大速率是多少？(2)若以所求速度行駛，汽車對橋面的最小壓力是多少？(g取10m/s2)典題2典例剖析思路引導：在汽車經(jīng)過拱形橋或類似的物體經(jīng)過豎直曲線做圓周運動的問題中，一般在軌道的最低點和最高點分析受力列方程，無論該類題目的具體內(nèi)容如何，通過分析受力，找出提供的向心力列方程求解是最基本的方法。解析：汽車在拱橋上運動時，對凹形橋的壓力大于其重力，而對凸形橋則壓力小于重力。由此可知，對凹形橋則存在一個允許最大速率，對凸形橋則有最小壓力?？筛鶕?jù)圓周運動知識，在最低點和最高點列方程求解。汽車駛至凹面的底部時，合力向上，此時車對橋面壓力最大；汽車駛至凸面的頂部時，合力向下，此時車對橋面的壓力最小。2．(多選)(2021·山東威海市高一期末)如圖所示，汽車過拱形橋時的運動可以看作圓周運動。下列說法正確的是 (

)A．車速相同時，拱形橋圓弧的半徑越小，行車越安全B．車速相同時，拱形橋圓弧的半徑越大，行車越安全C．對同一拱形橋，汽車的速度越大，汽車對橋的壓力越小D．對同一拱形橋，汽車的速度越大，汽車對橋的壓力越大對點訓練BC

探究

同學們小的時候都吃過松軟可口的“棉花”糖，制作“棉花”糖的器具主要由分布有小孔的內(nèi)筒和外筒組成，內(nèi)筒與洗衣機的脫水筒相似，可以在腳的踏動下旋轉(zhuǎn)。在內(nèi)筒里面加入白砂糖，加熱使糖熔化成糖汁。如圖所示，一個師傅正在給兩位小朋友制作“棉花”糖。試分析制作“棉花”糖的原理。離心運動情景導入提示：內(nèi)筒高速旋轉(zhuǎn)時，黏稠的糖汁就做離心運動，從內(nèi)筒壁的小孔飛散出去成為絲狀，到達溫度較低的外筒時，迅速冷卻凝固，變得纖細雪白，像一團團棉花。1．離心運動的實質(zhì)離心運動是物體逐漸遠離圓心的運動，它的本質(zhì)是物體慣性的表現(xiàn)。做圓周運動的物體，總是有沿著圓周切線飛出去的趨勢，之所以沒有飛出去，是因為受到向心力作用的緣故。2．物體做離心運動的條件做圓周運動的物體，一旦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時，物體做遠離圓心的運動，即離心運動。要點提煉3．離心運動的受力特點物體做離心運動并不是物體受到離心力作用，而是由于外力不能提供足夠的向心力。所謂“離心力”也是由效果命名的，實際并不存在。4．離心運動、近心運動的判斷(如圖)

在冬奧會短道速滑項目中，運動員繞周長僅111米的短道競賽。比賽過程中運動員在通過彎道時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。如圖所示，圓弧虛線Ob代表彎道，即正常運動路線，Oa為運動員在O點時的速度方向(研究時可將運動員看作質(zhì)點)。下列論述正確的是

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)A．發(fā)生側(cè)滑是因為運動員受到的合力方向背離圓心B．發(fā)生側(cè)滑是因為運動員受到的合力大于所需要的向心力C．若在O點發(fā)生側(cè)滑，則滑動的方向在Oa左側(cè)D．若在O點發(fā)生側(cè)滑，則滑動的方向在Oa右側(cè)與Ob之間典題3典例剖析D

解析：發(fā)生側(cè)滑是因為運動員的速度過大，所需要的向心力過大，而運動員受到的合力小于所需要的向心力，運動員受到的合力方向指向圓弧內(nèi)側(cè)，故選項A、B錯誤；運動員在水平方向不受任何外力時沿Oa方向做離心運動，實際上運動員受到的合力方向指向圓弧Ob內(nèi)側(cè)，所以運動員滑動的方向在Oa右側(cè)與Ob之間，故選項C錯誤，D正確。3．(多選)(2021·廣東廣州市第二中學高一月考)以下措施或者行為是為了防止離心運動的是

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)A．游樂場所中空中轉(zhuǎn)椅的安全卡扣B．轉(zhuǎn)動雨傘甩掉傘上的水C．運動員將鏈球甩出去D．彎道公路的限速標志對點訓練AD

解析：游樂場所中空中轉(zhuǎn)椅的安全卡扣是為了防止由于離心運動游客被甩出，選項A正確；轉(zhuǎn)動雨傘甩掉傘上的水是利用離心運動而不是防止，選項B錯誤；運動員將鏈球甩出去是利用離心運動而不是防止，選項C錯誤；彎道公路的限速標志是為了提醒駕駛員防止由于車速過快造成離心運動而發(fā)生車禍，選項D正確。易錯辨析警示易錯點：找不準物體轉(zhuǎn)彎時的軌道平面和圓心

質(zhì)量為m的飛機以恒定速率v在空中水平盤旋，如圖所示，其做勻速圓周運動的半徑為R，重力加速度為g，則此時空氣對飛機的作用力大小為

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)案例C

課堂達標檢測1．(2021·高郵市臨澤中學高一月考)在水平公路上行駛的汽車，當汽車以速度v運動時，車輪與路面間的靜摩擦力恰好等于汽車轉(zhuǎn)彎所需要的向心力，汽車沿如圖所示的圓形路徑(虛線)運動。如果汽車轉(zhuǎn)彎速度大于v，則汽車最有可能沿哪條路徑運動？ (

)A．Ⅰ

B．ⅡC．Ⅲ

D．Ⅳ解析：汽車速度增加，將做離心運動，B正確。B

2．(2021·吉林松原市高一月考)如圖所示，某幼兒園的兩位小朋友在玩蕩秋千，秋千的兩根繩長相等，在擺動過程中，繩子所受拉力最大的時候是秋千

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)A．擺到最高點時

B．擺到最低點時C．在上擺過程中

D．在下擺過程中B

3．(多選)(2021·云南省南華第一中學高一月考)全國鐵路大面積提速，給人們的生活帶來便利?；疖囖D(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，以下措施可行的是

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