【课件】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

4生活中的圆周运动第六章圆周运动火车转弯一思考：在铁道弯道处，稍微留意一下，就能发现内、外轨道的高度略有不同。你能解释其中的原因吗？火车转弯一1.了解火车车轮的构造轮缘踏面铁轨火车转弯一2.火车转弯时的动力学分析

（1）在水平轨道转弯F弹GFN问1：火车受几个力？什么力充当向心力？问2：这种转弯方式的缺点是什么？

火车转弯一2.火车转弯时的动力学分析问3：如何设计来避免这种情况？答：使用倾斜轨道西班牙火车脱轨，限速80km/h，时速179km/h，最终致80人死亡火车转弯一2.火车转弯时的动力学分析火车转弯时在水平面内做圆周运动（2）在倾斜轨道转弯问：为了不挤压内外轨道？什么力充当向心力？

mgFNθF合

其中R为弯道半径，θ为轨道平面与水平面间的夹角.火车转弯（规律总结）一mgFNθF合

(1)当火车行驶速度v=v安时：

内外轨道对车轮无挤压作用，此时为最安全的转弯速度(2)当火车行驶速度v>v安时：

外轨道对轮缘有向内的压力，此时外轨道易损坏(3)当火车行驶速度v<v安时：

内轨道对轮缘有向外的压力，此时内轨道易损坏3.速度与轨道压力的关系

汽车过拱形桥二思考：为什么在生活中凸形桥比较多，而凹形桥比较少？汽车过拱形桥二1.汽车过凸形桥

问1：汽车过凸形桥时，在最高点，车对桥的压力为多少？mg－FN对车在最高点进行受力分析由向心力公式可得：解：

FN＝根据牛三定律：FN′＝FN＝<mg汽车处于失重状态（FN<mg，a方向向下

）汽车过拱形桥二1.汽车过凸形桥

问2：汽车过凸形桥时，运动速度变大，车对桥的压力如何变化？解：

FN＝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即汽车速度越大，对桥面压力越小

当FN=0时，汽车的速度为多大？（临界速度）汽车过拱形桥二2.汽车过凹形桥

问：汽车过凹形桥时，在最低点，车对桥的压力是怎么样的？解：对车在最低点进行受力分析由向心力公式可得：

FN＝FN－mg根据牛三定律：FN′＝FN＝

>

mg汽车处于超重状态（FN

>

mg，a方向向上

）若汽车通过凹形桥的速度增大，会出现什么情况？汽车过拱形桥（规律总结）二受力分析

汽车对桥面的压力超重失重状态失重超重FN＝<mg

FN＝>mg汽车过桥问题与航天器中的失重现象二汽车过桥问题与航天器中的失重现象二解：

此时司机与车处于完全失重状态这里描述的场景已经实现了，不过不是汽车上，而是在航天器中航天器中的失重现象三问1：航天器在发射升空（加速上升）时，航天员处于超重还是失重状态？解：FN－mg=maFN＞mgmgFNa问2：航天器在轨道正常运行（绕地球做匀速圆周运动）时，航天员处于超重还是失重状态？航天器中的失重现象三解：问2：航天器在轨道正常运行（绕地球做匀速圆周运动）时，航天员处于超重还是失重状态？航天器绕地球做匀速圆周运动，假设它的线速度大小为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收到的重力mgFN＝<mg

离心运动四问1：这两张动图反应了物体做离心运动的特点，他们之间有什么区别？离心运动四1.定义：做圆周运动的物体沿切线飞出或做

圆心的运动.2.原因：向心力突然

或合力

.3.离心运动的应用和防止(1)应用：离心干燥器；洗衣机的

；离心制管技术；分离血浆和红细胞的离心机.(2)防止：转动的砂轮、飞轮的转速不能太高；在公路弯道，车辆不允许超过

.逐渐远离消失不足以提供所需的向心力脱水筒规定的速度离心运动三1.物体做离心运动的原因提供向心力的合力突然消失，或者合力不能提供足够的向心力.注意：物体做离心运动并不是物体受到“离心力”作用，而是由于合外力不能提供足够的向心力.所谓“离心力”实际上并不存在.2.合力与向心力的关系(如图所示).(4)若F合＝0，则物体沿切线方向做直线运动.第六章圆周运动本课结束探究重点提升素养02例1

铁路在弯道处的内外轨道高度是不同的，已知内外轨道平面与水平面的夹角为θ，如图3所示，弯道处的圆弧半径为R，若质量为m的火车转弯时速度等于

，则A.内轨对内侧车轮轮缘有挤压B.外轨对外侧车轮轮缘有挤压图3√针对训练

(多选)公路急转弯处通常是交通事故多发地带.如图4所示，某公路急转弯处是一圆弧，当汽车行驶的速率为v0时，汽车恰好没有向公路内外两侧滑动的趋势.则在该弯道处A.路面外侧高、内侧低B.车速只要低于v0，车辆便会向内侧滑动C.车速虽然高于v0，但只要不超出某一最高限度，车辆便不会向

外侧滑动D.当路面结冰时，与未结冰时相比，v0的值变小图4√√解析当汽车行驶的速率为v0时，汽车恰好没有向公路内外两侧滑动的趋势，即不受静摩擦力，此时仅由其重力和路面对其支持力的合力提供向心力，所以路面外侧高、内侧低，选项A正确；当车速低于v0时，需要的向心力小于重力和支持力的合力，汽车有向内侧运动的趋势，受到的静摩擦力向外侧，并不一定会向内侧滑动，选项B错误；当车速高于v0时，需要的向心力大于重力和支持力的合力，汽车有向外侧运动的趋势，静摩擦力向内侧，速度越大，静摩擦力越大，只有静摩擦力达到最大以后，车辆才会向外侧滑动，选项C正确；汽车过桥问题与航天器中的失重现象二1.拱形桥问题(1)汽车过拱形桥(如图5)图5说明：汽车通过拱形桥的最高点时，向心加速度向下，汽车对桥的压力小于其自身的重力，而且车速越大，压力越小，此时汽车处于失重状态.(2)汽车过凹形桥(如图6)说明：汽车通过凹形桥的最低点时，向心加速度向上，而且车速越大，压力越大，此时汽车处于超重状态.由于汽车对桥面的压力大于其自身重力，故凹形桥易被压垮，因而实际中拱形桥多于凹形桥.图62.绕地球做圆周运动的卫星、飞船、空间站处于完全失重状态.(3)航天器内的任何物体都处于完全失重状态.例2如图所示，地球可以看成一个巨大的拱形桥，桥面半径R＝6400km，地面上行驶的汽车中驾驶员的重力G＝800N，在汽车不离开地面的前提下，下列分析中正确的是A.汽车的速度越大，则汽车对地面的压力也越大B.不论汽车的行驶速度如何，驾驶员对座椅压力大小都等于800NC.只要汽车行驶，驾驶员对座椅压力大小都小于他自身的重力D.如果某时刻速度增大到使汽车对地面压力为零，则此时驾驶员会有超重的感觉√解析汽车以及驾驶员的重力和地面对汽车的支持力的合力提供汽车做圆周运动所需向心力，则有mg－FN＝m，重力是一定的，v越大，则FN越小，故A错误；因为只要汽车行驶，驾驶员的一部分重力则会用于提供驾驶员做圆周运动所需的向心力，结合牛顿第三定律可知驾驶员对座椅压力大小小于其自身的重力，故B错误，C正确；如果速度增大到使汽车对地面的压力为零，说明汽车和驾驶员的重力全部用于提供做圆周运动所需的向心力，处于完全失重状态，此时驾驶员会有失重的感觉，故D错误.例3如图8所示，质量m＝2.0×104kg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60m，如果桥面能承受的压力不超过3.0×105N，则：(g取10m/s2)(1)汽车允许的最大速率是多少？图8(2)若以所求速率行驶，汽车对桥面的最小压力是多少？答案1.0×105N解析汽车在凸形桥顶部时，合力向下，汽车受到的支持力最小，由牛顿第二定律得由牛顿第三定律得，在凸形桥顶部汽车对桥面的压力为1.0×105N，此即最小压力.离心运动三1.物体做离心运动的原因提供向心力的合力突然消失，或者合力不能提供足够的向心力.注意：物体做离心运动并不是物体受到“离心力”作用，而是由于合外力不能提供足够的向心力.所谓“离心力”实际上并不存在.2.合力与向心力的关系(如图9所示).图9例4关于离心运动，下列说法中正确的是A.物体一直不受外力作用时，可能做离心运动B.在外界提供的向心力突然变大时，原来做匀速圆周运动的物体将做离心运动C.只要向心力的数值发生变化，原来做匀速圆周运动的物体就将做离心运动D.当外界提供的向心力突然消失或数值变小时，原来做匀速圆周运动的物体将做

离心运动√解析离心运动是指原来在做匀速圆周运动的物体后来远离圆心，所以选项A错误；离心运动发生的条件是：实际的合力小于做圆周运动所需要的向心力，所以选项B、C错误，D正确.(4)若F合＝0，则物体沿切线方向做直线运动.随堂演练逐点落实031.(火车转弯问题)(多选)全国铁路大面积提速，给人们的生活带来便利.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，以下措施可行的是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.适当增大弯道半径1234√√12342.(航天器中的失重现象)(多选)航天飞机在围绕地球做匀速圆周运动过程中，关于航天员，下列说法中正确的是A.航天员受到的重力消失了B.航天员仍受重力作用，重力提供其做匀速圆周运动的向心力C.航天员处于超重状态D.航天员对座椅的压力为零1234√√解析航天飞机在绕地球做匀速圆周运动时，依然受地球的吸引力，而且正是这个吸引力提供航天飞机绕地球做圆周运动的向心力，航天员的加速度与航天飞机的相同，是其重力提供向心力，选项A错误，B正确；此时航天员不受座椅弹力，即航天员对座椅的压力为零，处于完全失重状态，选项D正确，C错误.3.(离心现象)在冬奥会短道速滑项目中，运动员绕周长仅111米的短道竞赛.比赛过程中运动员在通过弯道时如果不能很好地控制速度，将发生侧滑而摔离正常比赛路线.如图10所示，圆弧虚线Ob代表弯道，即正常运动路线，Oa为运动员在O点时的速度方向(研究时可将运动员看做质点).下列论述正确的是A.发生侧滑是因为运动员受到的合力方向背离圆心B.发生侧滑是因为运动员受到的合力大于所需要的向心力C.若在O点发生侧滑，则滑动的方向在Oa左侧D.若在O点发生侧滑，则滑动的方向在Oa右侧与Ob之间1234图10√解析发生侧滑是因为运动员的速度过大，所需要的向心力过大，而运动员受到的合力小于所需要的向心力，受到的合力方向指向圆弧内侧，故选项A、B错误；运动员在水平方向不受任何外力时沿Oa方向做离心运动，实际上运动员受到的合力方向指向圆弧Ob内侧，所以运动员滑动的方向在Oa右侧与Ob之间，故选项C错误，D正确.12344.(汽车转弯与过桥问题)(2019·山西现代双语学校期中)在高级沥青铺设的高速公路上，汽车的设计时速是108km/h，汽车在这种路面上行驶时，它的轮胎与地面的最大静摩擦力等于车重的

(g取10m/s2).(1)如果汽车在这种高速公路的弯道上拐弯，假设弯道的路面是水平的，其弯道的最小半径是多少？1234答案150m1234解析设汽车的质量为m.由速度v＝108km/h＝30m/s得弯道半径rmin＝150m(2)如果高速公路上设计了圆弧拱形立交桥，要使汽车能够以设计时速安全通过圆弧拱桥，这个