【公开课】生活中的圆周运动+课件高一下学期物理人教版（2019）必修第二册

高一物理必修二6.4生活中的圆周运动圆周运动的生活中的一种常见运动形式，例如过山车、拱桥、圆锥摆，我们从物理知识的视角来看一看这些圆周运动，以及它们遵循的物理规律……火车转弯乘坐高铁时，我们都知道，端坐在座椅上的人，有时却感到左摇右摆，其实这时候是高铁在转弯。观察下图，回答：火车转弯时外轨与内轨的高度一样吗？火车的车轮设计有什么特点？提示：火车转弯时外轨与内轨的高度不一样，外

内

。而且火车的车轮设计有突出的

。1.铁路弯道的特点铁路弯道处，外轨高于内轨，若火车按规定的速度v0行驶，转弯所需的向心力完全由重力和支持力的合力提供，即F=mgtanθ＝

，如图所示，则v0＝

，其中R为弯道半径，θ为轨道平面与水平面间的夹角．

2．当火车行驶速度v等于规定速度v0时，所需向心力仅由重力和支持力的合力提供，此时内外轨道对火车轮缘无挤压作用．若火车转弯时速度大于规定速度v0或小于规定速度v0，火车对轨道的压力情况如何？(1)当火车行驶速度v>v0时，

轨道对轮缘有侧压力．(2)当火车行驶速度v<v0时，

轨道对轮缘有侧压力．所需向心力过大，重力和支持力的合力不足以提供，所以外轨道对轮缘产生压力，以补充向心力同理,自行车摩托车转弯、滑冰运动员转弯时也需要向心力：1．判断正误。(1)火车转弯可以简化为水平面上的圆周运动。(

)(2)火车转弯处的轨道内轨要高于外轨。(

)(3)火车转弯时所需的向心力是车轨与车轮间的挤压提供的。(

)(4)火车通过弯道时具有速度的限制。(

)2．在铁路转弯处，往往使外轨略高于内轨，这是为了(

)A．增加火车轮子对外轨的挤压B．增加火车轮子对内轨的挤压C．使火车车身倾斜，利用重力和支持力的合力提供火车转弯所需的向心力D．以上说法都不对√√××C[例题1]铁路转弯处的圆弧半径是300m，轨距是1435mm，规定火车通过这里的速度是72km/h。(g取9.8m/s2)(1)内、外轨的高度差应为多大，才能使铁轨不受轮缘的挤压？(2)保持内、外轨的这个高度差，如果车的速度大于或小于72km/h，分别会发生什么现象？说明理由。(轨道平面与水平面间的夹角一般很小，可以近似地认为tanα≈sinα)(1)0.195m针对训练1．火车转弯可以看成是在水平面内做匀速圆周运动，火车速度提高会使外轨受损。为解决火车高速转弯时外轨受损这一难题，下列措施可行的是(

)A．适当减小内外轨的高度差B．适当增加内外轨的高度差C．适当减小弯道半径D．适当增大内外轨间距B2．有一列质量为100t的火车，以72km/h的速率匀速通过一个内外轨一样高的弯道，轨道半径为400m。(g取10m/s2)(1)试计算铁轨受到的侧压力大小；(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，我们可以适当倾斜路基，试计算路基倾斜角度θ的正切值。(1)1×105N(2)0.1汽车过拱形桥某次军事演习中，一辆战车以恒定的速度在起伏不平的路面上行进。战车在B点和C点对路面的压力一样吗？不一样，战车在B点对路面的压力比C点

。汽车在拱形桥或凹形路面行驶时，可以看作匀速圆周运动1．汽车过拱形桥时，汽车对桥的压力小于重力，汽车处于失重状态，速度越大，压力越小．2．汽车过凹形路面时，汽车对路面的压力大于重力，汽车处于超重状态，速度越大，压力越大．汽车过半径为R的拱形桥，要保证安全，在顶部时汽车的最大速度为多少？若超过这个速度，汽车做什么运动？(已知重力加速度为g)1．判断正误。(1)汽车过拱形桥时的运动可简化为竖直平面内的圆周运动。(

)(2)汽车过拱形桥时，速度越大对桥的压力越大。(

)(3)汽车在拱形桥上行驶，速度较小时，对桥面的压力大于汽车所受的重力；速度较大时，对桥面的压力小于汽车所受的重力。(

)(4)汽车经过凹形路面底部时，对路面的压力一定大于汽车所受的重力。(

)2．如图所示，汽车在炎热的夏天沿不规整的曲面行驶，其中最容易发生爆胎的点是(汽车运动速率不变)(

)A．a点B．b点C．c点D．d点√√××D例题2一辆质量m＝2t的汽车，驶过半径R＝90m的一段拱形桥面，g取10m/s2。(1)汽车以10m/s的速度通过桥面最高点时，对桥面的压力是多大？(2)在最高点对桥面的压力等于汽车所受重力的一半时，车的速度大小是多少？

航天器中的失重现象如图所示，地球可以看成一个巨大的拱形桥，桥面半径R＝6400km，一辆汽车在地面上行驶，已知重力加速度g取10m/s2，在汽车不离开地面的前提下：(1)汽车速度增大时，地面对它的支持力如何变化？(2)汽车速度达到多大时，地面对汽车的支持力为零？此时驾驶员对座椅的压力是多大？驾驶员处于什么状态？(3)汽车速度继续增加，驾驶员（宇航员）处于什么状态？物体放在水平桌面上，它会对桌面产生压力；如果航天器绕地球做圆周运动，那么航天器中的物体会对航天器产生压力吗？航天器中的物体不会对航天器产生压力。1．航天器在近地轨道的运动(1)对航天器，在近地轨道可认为受到的地球引力等于其重力，重力充当向心力，满足的关系为mg＝

。(2)对航天员，由重力和座椅的支持力提供向心力，满足的关系为mg－FN＝

。由此可得，当v＝

时，FN＝0，航天员处于完全失重状态，对座椅压力为零。2．对失重现象的认识航天器内的任何物体都处于完全失重状态，但并不是物体不受地球引力。正因为受到地球引力的作用才使航天器连同其中的乘员一起做

。离心运动3.应用：①洗衣机脱水。②炼钢厂制作无缝钢管。③医务人员从血液中分离血浆和红细胞。1．物体做离心运动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.离心运动、近心运动的判断：物体做圆周运动时出现离心运动还是近心运动，由实际提供的合力F合和所需向心力的大小关系决定．(1)当F合＝mω2r时，“提供”等于“需要”，物体做匀速圆周运动；(2)当F合>mω2r时，“提供”超过“需要”，物体做近心运动；(3)当0≤F合<mω2r时，“提供”不足，物体做离心运动．(4)若

F

合＝0，则物体沿切线方向做匀速直线运动。1．判断正误。(1)绕地球做匀速圆周运动的航天器中，宇航员及所有物体均处于完全失重状态。(

)(2)航天器中处于完全失重状态的物体不受重力作用。(

)(3)离心运动是物体受到了离心力的作用。(