生活中的圆周运动【知识导航+拓展迁移】 高一物理 （人教版2019必修第二册）

第六章

人教版

高中物理必修二第4节

生活中的圆周运动汽车转弯02火车转弯01拱形桥03航天器中的超失重04离心运动05

问题与思考：在铁路弯道处，内、外轨道的高度一样吗？为什么这样设计呢？课堂引入火车转弯PART01车轮的构造01FNFG外轨对轮缘的弹力F提供向心力F=F向火车质量很大,故轮缘和外轨间的相互作用力很大,易损坏铁轨.

怎么办？内外轨一样高时转弯02θFNGF合θ外轨略高于内轨转弯所需的向心力的方向是在水平方向上而不是在与斜面平行的方向上。外轨高于内轨时转弯03OOGFNF合θθF合＝mgtanθ轨道对轮缘无挤压，此时火车的速度为多大？火车转弯时所需的向心力Fn=

m

v2Rv＝gRtanθ

若火车的速度大于或小于这个值时，轨道对轮缘有挤压吗？

当v＜gRtanθ

：

当v＞gRtanθ

：GFNθ轮缘受到外轨向内的弹力GFNθFF轮缘受到内轨向外的弹力真实的火车转弯04GFFn飞机转弯05类似于火车转弯汽车转弯的情况是不是也类似于火车和飞机呢？汽车转弯PART02OmgFNFf问题与思考01汽车在水平地面上转弯是什么力提供向心力的呢?汽车在水平路面上转弯所需要的向心力来源:汽车侧向所受的静摩擦力。OmgFNFf当汽车转弯的半径一定时,汽车的速度v越大,所需的向心力也越大,静摩擦力也越大,当静摩擦力为最大静摩擦力时:向心力来源02由此可见:当汽车转弯时,存在一个安全通过的最大速度,如果超过了这个速度,汽车将发生侧滑现象。改进措施:1.增大转弯半径2.增加路面的粗糙程度3.最重要的一点:司机应该减速慢行4.增加路面高度差——外高内低问题与思考03高速路和赛道转弯处修成外高内低。NFnmg生活实例04为了保证汽车过桥时汽车和桥梁的安全，在桥梁的设计上有没有要求？拱形桥PART03拱形桥（凸形桥）凹形桥水平桥三种可能的形状01问题1：汽车静止在桥上与通过平桥时，受力怎样？F压＝FN＝mg问题与探究02问题2：汽车过拱形桥时，在最高点时，车对凸桥的压力又怎样？mgFNv2Rmg－FN＝mv2RFN

＝mg－mv2RF压＝FN

＝mg－m汽车对桥的压力小于其所受重力，即处于失重状态F压

＜mg问题与探究02v2Rmg＝m当FN

=0

时，汽车脱离桥面，做平抛运动，汽车及其中的物体处于完全失重状态。FN＝0

时，汽车的速度为多大？v2RFN

＝mg－m问题3：汽车过拱形桥时，运动速度变大，车对拱桥的压力如何变化？mgFN临界速度问题与探究02问题4：汽车过凹形桥在最低点时，车对凹形桥的压力又怎样？FNmgv2RFN

＝mg+

mv2RF压＝FN

＝mg+

mv2RFN－mg＝m汽车对桥的压力大于其所受重力，即处于超重状态若汽车通过凹桥的速度增大，会出现什么情况？F压

＞mg问题与探究02FN=GGFNGGFNFN比较三种桥面的受力情况0324凸形桥25凹形桥泸定桥

地球可以看做一个巨大的拱形桥，桥面的半径就是地球的半径.会不会出现这样的情况：速度大到一定程度时，地面对车的支持力是零？这时驾驶员与座椅之间的压力是多少？……问题与思考04【例题】地球可以看作一个巨大的拱型桥，其半径就是地球半径R=

6400km，若汽车不断加速，则地面对它的支持力就会变小，汽车速度多大时，支持力FN会变成零？此时司机处于完全失重状态。【解析】由得这里描述的情景其实已经实现，不过不是在汽车上，而是在航天飞机中。算一算05航天器中的超失重问题PART041.航天器在发射升空（加速上升）时，航天员处在超重还是失重状态？2.航天器在轨道正常运行（绕地球做匀速圆周运动）时，航天员处在超重还是失重状态？超重FNmgaFN－mg＝maFN＞mg问题与探究01【解析】航天器绕地球做匀速圆周运动，假设它的线速度的大小为v，轨道半径近似等于地球半径R，航天员受到的地球引力近似等于他在地面测得的体重mg.v2RFN＝mg－mv2Rmg－FN＝mFN

＜mg失重当

时，座舱对航天员的支持力FN＝0，航天员处于完全失重.分析与解读02有人把航天器失重的原因说成是它离地球太远，从而摆脱了地球引力，这种说法对吗？正是由于地球引力的存在，才使航天器连同其中的人和物体绕地球做圆周运动.思考与拓展03如果地球的引力突然消失，航天器将做什么样的运动呢？离心运动PART05定义：做圆周运动的物体，在其所受合外力突然消失，或不足以提供圆周运动所需向心力的情况下，就做逐渐远离圆心的运动，这种运动叫作离心运动。做离心运动的条件：离心运动01物体做离心运动，并不是受到“离心力”作用，更不是“离心力”大于向心力，而是外界提供的向心力不足或突然消失。离心运动不是沿着半径背离圆心的运动，而是沿着切线或曲线离心的运动。理解02离心抛掷离心脱水离心浇注离心分离生活中的离心运动03OF静v当时，汽车做离心运动

Fmax＜m

v2r生活中的离心运动03当F＝mω2r时，物体做匀速圆周运动；当F＝0时，物体沿切线方向飞出；当F＜mω2r时，物体逐渐远离圆心；当F＞mω2r时，物体逐渐靠近圆心。规律总结04总结提升PART06课堂小结火车转弯汽车过桥失重现象离心运动

当v＜gRtanθ

：

当v＞gRtanθ

：轮缘受到外轨向内的弹力轮缘受到内轨向外的弹力FN<mg:失重FN>mg:超重做离心运动的条件：【练习1】（2022秋·重庆市育才中学高一期末）（多选）在修筑铁路时，弯道处的外轨会略高于内轨。如图所示，当火车以规定的行驶速度转弯时，内、外轨均不会受到轮缘的挤压，设此时的速度大小为v，重力加速度为g，两轨所在面的倾角为θ，则（）A．该弯道的半径B．当火车质量改变时，规定的行驶速度大小不变C．当火车速率大于v时，内轨将受到轮缘的挤压D．当火车速率小于v时，外轨将受到轮缘的挤压【参考答案】AB课堂练习【练习2】汽车在过凹凸路面时，都会做减速操作，如图A、B分别是一段凹凸路面的最高点和最低点，若把汽车视作质点，则下列说法正确的是（）A．汽车行驶到A点时，处于超重状态，如果采取加速操作会使车胎受到更大的压力B．汽车行驶到B点时，处于超重状态，如果采取加速操作会使汽车飞离路面C．汽车行驶到A点时，处于失重状态，如果采取减速操作会增加车胎与路面间的弹力，使得行驶更加稳定安全D．汽车行驶到B点时，处于失重状态，如果采取减速操作会增加车胎与路面间的弹力，使得行驶更加稳定安全【参考答案】C课堂练习【练习3】翻滚过山车是一种非常刺激而有趣的游乐项目。如图甲所示，小刚同学所坐的翻滚过山车正在下行中，如图乙所示，他此时所做的运动及所受合力的可能方向分别是（）A．匀速圆周运动、沿F1方向 B．匀速圆周运动、沿F2方向C．加速圆周运动、沿F3方向 D．减速圆周运动、沿F2方向【参考答案】C课堂练习【练习4】（2023秋·长春外国语高一期末）（多选）若将短道速滑运动员在弯道转弯的过程看成在水平冰面上的一段匀速圆周运动，转弯时冰刀嵌入冰内从而使冰刀受与冰面夹角为θ（蹬冰角）的支持力，不计一切摩擦，弯道半径为R，重力加速度为g。以下说法正确的是（）A．地面对运动员的作用力与重力与重力大小相等B．武大靖转弯时速度的大小为C．若武大靖转弯速度变大则需要减小蹬冰角D．武大靖做匀速圆周运动，他所受合外力保持不变【参考答案】BC课堂练习【练习5】气嘴灯安装在自行车的气嘴上，骑行速度在一定范围内会发光。一种气嘴灯的感应装置结构如图所示，一重物套在光滑杆上，并与弹簧连接，重物上的触点M与固定在B端的触点N接触后，LED灯就会发