2018-2019学年高考物理 主题一 曲线运动与万有引力定律 第二章 匀速圆周运动 1.2.3 圆周运动的实例分析 1.2.4 圆周运动与人类文明(选学)课件 教科版

1、1.2.3圆周运动的实例分析圆周运动的实例分析 1.2.4圆周运动与人类文明圆周运动与人类文明(选学选学) 学习目标学习目标核心凝炼核心凝炼 1.会分析具体问题中的向心力来源。能用匀速圆周运会分析具体问题中的向心力来源。能用匀速圆周运 动规律分析、处理生产和生活中的实例。动规律分析、处理生产和生活中的实例。 4个实例个实例汽车过拱形桥、汽车过拱形桥、 “旋转秋千旋转秋千”、火车转弯、火车转弯、 离心运动离心运动 2.了解什么是离心运动，知道物体做离心运动的条件。了解什么是离心运动，知道物体做离心运动的条件。 3.列举实例，了解圆周运动在人类文明进程中的广泛列举实例，了解圆周运动在人类文明进程中

2、的广泛 应用，认识到圆周运动对人类文明发展的重大影响。应用，认识到圆周运动对人类文明发展的重大影响。 一、汽车过拱形桥一、汽车过拱形桥 观图助学观图助学 汽车经过拱形桥顶点时，竖直方向受到重力和支持力作用，那么，是什么力提汽车经过拱形桥顶点时，竖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.对桥的压力：对桥的压力：N_。 3.结论：汽车对桥的压力结论：汽车对桥的压力_汽车的重力，而且汽车速度越大，对桥的压汽车的重力，而且汽车速度越大，对桥的压 力力_。 mgN 小于小于 越小越小 理解概念理解概念

3、判断下列说法的正误。判断下列说法的正误。 (1)汽车驶过凸形桥最高点时，重力和支持力的合力提供向心力。汽车驶过凸形桥最高点时，重力和支持力的合力提供向心力。( ) (2)汽车驶过凸形桥最高点时，对桥面的压力等于车重。汽车驶过凸形桥最高点时，对桥面的压力等于车重。( ) (3)汽车驶过凸形桥最高点时，对桥的压力可能等于零。汽车驶过凸形桥最高点时，对桥的压力可能等于零。( ) 二、二、“旋转秋千旋转秋千” 观图助学观图助学 “旋转秋千旋转秋千”匀速转动时，吊椅做圆周运动。忽略空气阻力，吊椅受到哪几个匀速转动时，吊椅做圆周运动。忽略空气阻力，吊椅受到哪几个 力的作用？是什么力提供向心力？力的作用？是

4、什么力提供向心力？ 答案答案吊椅的轨迹圆在水平面内。吊椅受到重力和绳子的拉力的作用。重力和吊椅的轨迹圆在水平面内。吊椅受到重力和绳子的拉力的作用。重力和 绳子的拉力的合力提供吊椅做圆周运动的向心力。绳子的拉力的合力提供吊椅做圆周运动的向心力。 1.圆周运动的半径：圆周运动的半径：如图所示，如图所示，rlsin 。 2.向心力来源：向心力来源：由重力和悬线拉力的由重力和悬线拉力的_提供，即提供，即F合 合 mgtan 。 3.动力学方程：动力学方程：mgtan m2lsin 。 合力合力 理解概念理解概念 判断下列说法的正误。判断下列说法的正误。 (1)“旋转秋千旋转秋千”的吊椅在竖直面内做圆周

5、运动。的吊椅在竖直面内做圆周运动。( ) (2)“旋转秋千旋转秋千”转得越快，吊椅就会离转轴越远。转得越快，吊椅就会离转轴越远。( ) (3)体重越大的人坐在秋千上旋转时，缆绳与中心轴的夹角越小。体重越大的人坐在秋千上旋转时，缆绳与中心轴的夹角越小。( ) 三、火车转弯三、火车转弯 观图助学观图助学 (1)火车车轮有突出的边缘，在铁轨上起到限定方向的作用。如果让火车在水平火车车轮有突出的边缘，在铁轨上起到限定方向的作用。如果让火车在水平 路基上转弯，外轨与轮缘的挤压、摩擦会产生磨损。而火车有着巨大的质量，路基上转弯，外轨与轮缘的挤压、摩擦会产生磨损。而火车有着巨大的质量， 特别是当高速转弯时，

6、火车会将外轨挤断，发生严重的交通事故。在这种设计特别是当高速转弯时，火车会将外轨挤断，发生严重的交通事故。在这种设计 方案中，火车转弯的向心力由什么力提供？方案中，火车转弯的向心力由什么力提供？ 答案答案外轨对轮缘的弹力提供了向心力。外轨对轮缘的弹力提供了向心力。 (2)在通常的设计中，为了减轻轮缘与外轨的挤压，总是使转弯处的外轨略高于内轨，在通常的设计中，为了减轻轮缘与外轨的挤压，总是使转弯处的外轨略高于内轨， 火车转弯时，铁轨对火车的支持力火车转弯时，铁轨对火车的支持力N的方向不再是竖直的，而是斜向弯道的内侧。在的方向不再是竖直的，而是斜向弯道的内侧。在 这种设计方案中，火车转弯的向心力由

7、什么力提供？这种设计方案中，火车转弯的向心力由什么力提供？ 答案答案火车的重力火车的重力mg与铁轨对火车的支持力与铁轨对火车的支持力N的合力指向圆心，为火车转弯提供了一的合力指向圆心，为火车转弯提供了一 部分向心力。部分向心力。 1.运动特点运动特点：火车转弯时实际是在做：火车转弯时实际是在做_运动，因而具有向心加速度，由于其质量运动，因而具有向心加速度，由于其质量 巨大，所以需要很大的巨大，所以需要很大的_力。力。 2.向心力来源向心力来源 (1)内外轨等高的路面：由内外轨等高的路面：由_对轮缘的弹力提供向心对轮缘的弹力提供向心 力，这样铁轨和车轮极易受损。力，这样铁轨和车轮极易受损。 圆周

8、圆周 向心向心 外轨外轨 重力重力mg 支持力支持力Nmgtan 理解概念理解概念 判断下列说法的正误。判断下列说法的正误。 (1)火车弯道的半径很大，故火车转弯需要的向心力很小。火车弯道的半径很大，故火车转弯需要的向心力很小。( ) (2)铁路的弯道处，内轨高于外轨。铁路的弯道处，内轨高于外轨。( ) (3)火车转弯时的向心力是车轨与车轮间的挤压提供的。火车转弯时的向心力是车轨与车轮间的挤压提供的。( ) (4)火车按规定的速率转弯时，内外轨都几乎不受火车的挤压作用。火车按规定的速率转弯时，内外轨都几乎不受火车的挤压作用。( ) 四、离心运动四、离心运动 观图助学观图助学 转动雨伞，可以将伞

9、上的雨水从边缘甩出去；衣物是吸水的，洗衣机的脱水桶高转动雨伞，可以将伞上的雨水从边缘甩出去；衣物是吸水的，洗衣机的脱水桶高 速转动时，可以将衣服的水分甩出去，初步达到干燥衣服的目的。那么，衣物对速转动时，可以将衣服的水分甩出去，初步达到干燥衣服的目的。那么，衣物对 水分的吸力能提供高速转动的水滴所需的向心力吗？水滴离开衣物后将沿什么方水分的吸力能提供高速转动的水滴所需的向心力吗？水滴离开衣物后将沿什么方 向运动？向运动？ 1.定义：定义：在做圆周运动时，由于合外力提供的向心力在做圆周运动时，由于合外力提供的向心力_或或_，以致，以致 物体沿圆周运动的物体沿圆周运动的_方向飞出或方向飞出或_而去

10、的运动叫做离心而去的运动叫做离心 运动。运动。 2.离心机械：离心机械：利用离心运动的机械叫做离心机械。常见的离心机械有利用离心运动的机械叫做离心机械。常见的离心机械有_ _、_。 消失消失不足不足 切线切线远离圆心远离圆心 洗衣机洗衣机 的脱水筒的脱水筒离心机离心机 限速限速 理解概念理解概念 判断下列说法的正误。判断下列说法的正误。 (1)离心运动的方向一定沿圆周的切线方向。离心运动的方向一定沿圆周的切线方向。( ) (2)汽车在转弯时为防止侧滑需要减速运动。汽车在转弯时为防止侧滑需要减速运动。( ) (3)做圆周运动的物体只有突然失去向心力时才做离心运动。做圆周运动的物体只有突然失去向心

11、力时才做离心运动。( ) 汽车过拱形桥汽车过拱形桥 要点归纳要点归纳 1.汽车在拱形桥最高点汽车在拱形桥最高点(如图如图1) 图图1 2.汽车在凹形桥最低点汽车在凹形桥最低点(如图如图2) 图图2 试题案例试题案例 例例1 如图如图3所示，质量所示，质量m2.0104 kg的汽车以不变的速率先后的汽车以不变的速率先后 驶过凹形桥面和凸形桥面，两桥面的圆弧半径均为驶过凹形桥面和凸形桥面，两桥面的圆弧半径均为20 m。如果。如果 桥面承受的压力不得超过桥面承受的压力不得超过3.0105 N，则：，则： (1)汽车允许的最大速率是多少？汽车允许的最大速率是多少？ (2)若以所求速度行驶，汽车对桥面的

12、最小压力是多少若以所求速度行驶，汽车对桥面的最小压力是多少(g取取10 m/s2)? 图图3 【思路探究】【思路探究】 (1)汽车在何位置对路面的压力最大？汽车在何位置对路面的压力最大？ (2)汽车在何位置对路面的压力最小？汽车在何位置对路面的压力最小？ 提示：提示：(1)汽车经过凹形路面时，向心加速度方向向上，汽车处于超重状态，在凹汽车经过凹形路面时，向心加速度方向向上，汽车处于超重状态，在凹 形桥底部时，汽车对路面的压力最大。形桥底部时，汽车对路面的压力最大。 (2)汽车经过凸形路面时，向心加速度方向向下，汽车处于失重状态，在凸形桥顶汽车经过凸形路面时，向心加速度方向向下，汽车处于失重状态

13、，在凸形桥顶 部时，汽车对路面的压力最小。部时，汽车对路面的压力最小。 答案答案(1)10 m/s(2)1.0105 N 解答汽车过拱形桥问题的一些方法解答汽车过拱形桥问题的一些方法 (1)通过分析受力，找出提供的向心力列方程求解，是解答该类最基本的方法。通过分析受力，找出提供的向心力列方程求解，是解答该类最基本的方法。 (2)一般在拱形桥的最低点或最高点分析受力、列动力学方程。一般在拱形桥的最低点或最高点分析受力、列动力学方程。 (3)车对桥面压力与桥面对车支持力之间的关系要根据牛顿第三定律来确定。车对桥面压力与桥面对车支持力之间的关系要根据牛顿第三定律来确定。 针对训练针对训练1 一辆运输

14、西瓜的小汽车一辆运输西瓜的小汽车(可视为质点可视为质点)，以大小为，以大小为v 的速度经过一座半径为的速度经过一座半径为R的拱形桥。在桥的最高点，其中一的拱形桥。在桥的最高点，其中一 个质量为个质量为m的西瓜的西瓜A(位置如图位置如图4所示所示)受到周围的西瓜对它的受到周围的西瓜对它的 作用力的大小为作用力的大小为() 图图4 答案答案C 观察探究观察探究 火车在铁轨上转弯可以看成是匀速圆周运动，如图火车在铁轨上转弯可以看成是匀速圆周运动，如图5所示，请思考下列问题：所示，请思考下列问题： (1)轨道平面与水平面之间的夹角为轨道平面与水平面之间的夹角为，转弯半径为，转弯半径为R，则火车行驶速度

15、多大轨，则火车行驶速度多大轨 道才不受挤压？道才不受挤压？ (2)火车转弯时速度过大或过小，会对哪侧轨道有侧压力？火车转弯时速度过大或过小，会对哪侧轨道有侧压力？ 火车、汽车转弯问题火车、汽车转弯问题 图图5 图图6 试题案例试题案例 例例2 有一列质量为有一列质量为100 t的火车，以的火车，以72 km/h的速率匀速通过一个内外轨一样高的的速率匀速通过一个内外轨一样高的 弯道，轨道半径为弯道，轨道半径为400 m。(g取取10 m/s2) (1)试计算铁轨受到的侧压力；试计算铁轨受到的侧压力； (2)若要使火车以此速率通过弯道，且使铁轨受到的侧压力为零，可以适当倾斜若要使火车以此速率通过弯

16、道，且使铁轨受到的侧压力为零，可以适当倾斜 路基，试计算路基倾斜角度路基，试计算路基倾斜角度的正切值。的正切值。 【思路探究】【思路探究】 (1)火车通过内外轨一样高的弯道时，是什么力提供火车转弯所需要的向心力？火车通过内外轨一样高的弯道时，是什么力提供火车转弯所需要的向心力？ (2)火车安全通过内低外高的弯道时，是什么力提供火车转弯所需要的向心力？火车安全通过内低外高的弯道时，是什么力提供火车转弯所需要的向心力？ 提示：提示：(1)火车通过内外轨一样高的弯道时，外轨对轮缘的侧压力提供火车转弯火车通过内外轨一样高的弯道时，外轨对轮缘的侧压力提供火车转弯 所需要的向心力。所需要的向心力。 (2)

17、火车安全通过内低外高的弯道时，重力和铁轨对火车的支持力的合力提供火火车安全通过内低外高的弯道时，重力和铁轨对火车的支持力的合力提供火 车转弯所需要的向心力。车转弯所需要的向心力。 答案答案(1)1105 N(2)0.1 解决解决“火车、汽车转弯火车、汽车转弯”类问题的关键类问题的关键 (1)分析清楚向心力来源。火车安全通过内低外高的弯道时，重力和铁轨对火车分析清楚向心力来源。火车安全通过内低外高的弯道时，重力和铁轨对火车 的支持力的合力提供火车转弯的向心力；汽车、摩托车赛道转弯处，高速公路的支持力的合力提供火车转弯的向心力；汽车、摩托车赛道转弯处，高速公路 转弯处设计成外高内低，也是尽量使车受

18、到的重力和支持力的合力提供向心力。转弯处设计成外高内低，也是尽量使车受到的重力和支持力的合力提供向心力。 (2)转弯时轨道平面和圆心。火车转弯的转弯时轨道平面和圆心。火车转弯的(或高速公路弯道处的汽车或高速公路弯道处的汽车)圆轨道是水圆轨道是水 平轨道，所以合力的方向水平指向圆心。平轨道，所以合力的方向水平指向圆心。 (3)规定速度的唯一性：铁路弯道一旦筑成，转弯处的规定速率就是唯一的，火规定速度的唯一性：铁路弯道一旦筑成，转弯处的规定速率就是唯一的，火 车只有按规定速率转弯，内、外轨才不受火车的挤压。速率过大时，由重力、车只有按规定速率转弯，内、外轨才不受火车的挤压。速率过大时，由重力、 支

19、持力及外轨对轮缘的挤压力的合力提供向心力；速率过小时，由重力、支持支持力及外轨对轮缘的挤压力的合力提供向心力；速率过小时，由重力、支持 力及内轨对轮缘的挤压力的合力提供向心力。力及内轨对轮缘的挤压力的合力提供向心力。 针对训练针对训练2 (2018安徽师范大学附属中学高一下期中安徽师范大学附属中学高一下期中)近年来我近年来我 国高速铁路发展迅速，现已知某新型国产机车总质量为国高速铁路发展迅速，现已知某新型国产机车总质量为m， 如图如图7已知两轨间宽度为已知两轨间宽度为L，内外轨高度差为，内外轨高度差为h，重力加速度为，重力加速度为 g，如果机车要进入半径为，如果机车要进入半径为R的弯道，请问，

20、该弯道处的设计的弯道，请问，该弯道处的设计 速度最为适宜的是速度最为适宜的是() 图图7 答案答案A 观察探究观察探究 如图如图8所示，链球比赛中，高速旋转的链球被放手后会飞出；汽车高速转弯时，若所示，链球比赛中，高速旋转的链球被放手后会飞出；汽车高速转弯时，若 摩擦力不足，汽车会滑出路面。请思考：摩擦力不足，汽车会滑出路面。请思考： 离心运动离心运动 图图8 (1)链球飞出、汽车滑出是因为受到了离心力吗？链球飞出、汽车滑出是因为受到了离心力吗？ (2)物体做离心运动的条件是什么？物体做离心运动的条件是什么？ 答案答案(1)不是。是因为向心力突然消失或不足。不是。是因为向心力突然消失或不足。

21、(2)物体受的合外力消失或小于圆周运动需要的向心力。物体受的合外力消失或小于圆周运动需要的向心力。 探究归纳探究归纳 1.物体做离心运动的原因：物体做离心运动的原因：提供向心力的外力突然消失，或者外力不能提供足够的向提供向心力的外力突然消失，或者外力不能提供足够的向 心力。心力。 2.合外力与向心力的关系合外力与向心力的关系 试题案例试题案例 例例3 如图如图9所示，高速公路转弯处弯道圆半径所示，高速公路转弯处弯道圆半径R100 m，汽车轮胎与路面间的动摩，汽车轮胎与路面间的动摩 擦因数擦因数0.23。最大静摩擦力与滑动摩擦力相等，若路面是水平的，问汽车转弯。最大静摩擦力与滑动摩擦力相等，若路

22、面是水平的，问汽车转弯 时不发生径向滑动时不发生径向滑动(离心现象离心现象)所允许的最大速率所允许的最大速率vm为多大？当超过为多大？当超过vm时，将会出现时，将会出现 什么现象？什么现象？(g9.8 m/s2) 图图9 答案答案15 m/s汽车做离心运动或出现翻车事故汽车做离心运动或出现翻车事故 针对训练针对训练3 (2018宁夏育才中学高一下期中宁夏育才中学高一下期中)如图如图10所示为所示为 洗衣机脱水筒的示意图，当脱水筒从静止开始到完成脱洗衣机脱水筒的示意图，当脱水筒从静止开始到完成脱 水的过程中水的过程中() A.衣服上的水做离心运动衣服上的水做离心运动 B.衣服始终做匀速圆周运动衣服始终