【物理】生活中的圆周运动课件 2023-2024学年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导入新课问题1：火车转弯时的限定速度是怎样规定的？问题2：火车超速时为什么容易造成脱轨事故?问题3：要想避免火车脱轨应该怎样做？交流讨论1.说一说火车的车轮结构如何？轨道结构如何？一、火车转弯（水平面内的匀速圆周运动）火车车轮有突出的轮缘外轨内轨一、火车转弯（水平面内的匀速圆周运动）2.如果内外轨一样高，火车转弯时做曲线运动，所受合外力应该怎样？需要的向心力由哪些力提供？一、火车转弯（水平面内的匀速圆周运动）FNFG火车车轮受三个力：重力、支持力、外轨对轮缘的弹力.外轨对轮缘的弹力F提供向心力F=F向由于该弹力是由轮缘和外轨的挤压产生的,且由于火车质量很大,故轮缘和外轨间的相互作用力很大,易损坏铁轨.怎么办?一、火车转弯（水平面内的匀速圆周运动）解析：外轨高内轨低时转弯GFnNhLθθ此为火车转弯时的设计速度rθ很小时,sinθ≈tanθ3.当轨道平面与水平面之间的夹角为θ时，分析火车受到哪些力，并分析这时是谁提供火车转弯的向心力？一、火车转弯（水平面内的匀速圆周运动）（1）当v=v0时：（2）当v>v0时：（3）当v<v0时：轮缘不受侧向压力,最安全的转弯速度轮缘受到外轨向内的挤压力,外轨易损坏。轮缘受到内轨向外的挤压力,内轨易损坏。F弹F弹铁路弯道处超速是火车脱轨和翻车的主要原因思考:(1)如果v行驶>v设计,情况如何?(2)如果v行驶<v设计,情况如何?一、火车转弯（水平面内的匀速圆周运动）梳理深化1.水平轨道：外轨对外轮的挤压提供向心力。（外轮对外轨有

的挤压，容易脱轨）2.轨道外高内低：

提供向心力。一、火车转弯（水平面内的匀速圆周运动）向外重力和支持力的合力θ一、火车转弯（水平面内的匀速圆周运动）3.当v＞v0时，______受到侧向挤压的力（这时向心力增大，外轨提供一部分力）当v＜v0时，______受到侧向挤压的力（这时向心力减少，内轨提供一部分力）4.生活中的应用：高速路弯道、场地自行车弯道，杂技飞车走壁内轨外轨巩固提升一、火车转弯（水平面内的匀速圆周运动）例1.火车以半径R=900m转弯，火车质量为8×105kg，速度为30m/s，火车轨距l=1.4m，要使火车通过弯道时仅受重力与轨道的支持力，轨道应该垫的高度h？（θ较小时tanθ=sinθ）FNmgFθh解析：由力的关系得：由向心力公式得：由几何关系得：=0.14m一、火车转弯（水平面内的匀速圆周运动）解析：如图，由牛顿第二定律知:

练习1.铁路转弯处的圆弧半径是1435m，内外轨的间距为1.435m规定火车通过这里的速度是144km/h，内外轨的高度差应为多少才能使轨道不受轮缘的挤压？（重力加速度10m/s2）交流讨论二、汽车过拱形桥(竖直面内的圆周运动）1.如果汽车，以某一速度v通过拱形桥的最高点的时候，向心力指向哪个方向？

3.桥面受到的压力与汽车重力有什么关系？超重还是失重？2.汽车受到哪些力的作用，什么力提供向心力？交流讨论1.如果汽车，以某一速度v通过拱形桥的最高点的时候，向心力指向哪个方向？

3.桥面受到的压力与汽车重力有什么关系？超重还是失重？汽车受重力和支持力，合力提供向心力向心力竖直向下2.汽车受到哪些力的作用，什么力提供向心力？二、汽车过拱形桥(竖直面内的圆周运动）

分析：G和N的合力提供汽车做圆周运动的向心力，由牛顿第二定律得：可见汽车的速度越大对桥的压力越小。NG当时汽车对桥的压力为零。（临界速度）4.当v大于v临界时，汽车做什么运动？由于加速度a竖直向下，属失重现象。飞离桥面做平抛运动！二、汽车过拱形桥(竖直面内的圆周运动）二、汽车过凹形路面（竖直面内的圆周运动）5.如图，如果汽车过凹形路面，压力和重力有什么关系？

有向上的加速度超重梳理深化1.重力和支持力的合力提供向心力二、汽车过拱形桥2.拱形桥：失重

（有向下的加速度）

F=0时，是最高点的最大临界速度，如果汽车的速度比

大，会飞离桥面做平抛运动二、凹型路面3.凹型路面：

超重

（有向上的加速度）4.解题步骤：（1）确定研究对象，找出圆周平面，确定圆心和半径；（2）进行受力分析，画出受力分析图；（3）找出在半径方向的合力，即向心力；（4）用牛顿第二定律

或列方程求解

梳理深化巩固提升例2.（多选）如图，汽车以一定的速度经过一个圆弧形桥面的顶点时，关于汽车的受力及汽车对桥面的压力情况，以下说法正确的是(

)A.在竖直方向汽车受到三个力：重力、桥面的支持力和向心力B.在竖直方向汽车只受两个力：重力和桥面的支持力C.汽车对桥面的压力小于汽车的重力D.汽车对桥面的压力大于汽车的重力二、汽车过拱形桥及凹型路面（竖直面上的圆周运动）BC练习2：一辆满载的卡车在起伏的公路上匀速行驶，如图所示，由于轮胎过热，容易爆胎。暴胎可能性最大的地段是()

ABCDD二、汽车过拱形桥及凹型路面（竖直面上的圆周运动）交流讨论三、航天器中的失重现象1.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？…你可以判断此时的宇航员处于什么状态（超重或失重）驾驶员对座椅的压力为零，驾驶员处于完全失重状态2.假设宇宙飞船总质量为M，它在地球表面附近绕地球做匀速圆周运动，其轨道半径近似等于地球半径r，航天员质量为m，宇宙飞船和航天员受到的地球引力近似等于他们在地面上的重力mg

。试求座舱对宇航员的支持力为零时飞船的速度多大?通过求解，你可以判断此时的宇航员处于什么状态（超重或失重）。

驾驶员对座椅的压力为零三、航天器中的失重现象梳理深化对宇航员，重力提供其做圆周运动的向心力时，由牛顿第二定律可知三、航天器中的失重现象

解得：

，人对座椅的压力为零，宇航员处于完全失重状态巩固提升例3.宇宙飞船绕地球做匀速圆周运动，下列说法正确的是(

)A.在飞船内可以用天平测量物体的质量B.在飞船内可以用水银气压计测舱内的气压C.在飞船内可以用弹簧测力计测拉力D.在飞船内将重物挂于弹簧测力计上，弹簧测力计示数为0，

但重物仍受地球的引力CD

三、航天器中的失重现象练习3.有科学家曾设想，未来人类将离开地球到宇宙中去生活，科学家设计了如图所示的宇宙村，它是一个圆形的密闭建筑，人们生活在圆环的边上．为了使人们在其中生活且不至于有失重感，可以让它旋转起来．则关于设想的下列说法中正确的是（）A.若要使人类在其中生活时的感觉和在地球上一样（没有失重感），当“宇宙村”转动时，生活在圆环边沿的人的向心加速度应等于地球表面的重力加速度值B.当“宇宙村”转动时，生活在圆环边沿的人受大于重力的静摩擦力作用C.当“宇宙村”转动时，生活在圆环边沿的人受竖直向下的重力作用D.当“宇宙村”转动时，生活在圆环边沿的人受弹力和向心力作用A三、航天器中的失重现象交流讨论四、离心运动1.物体做匀速圆周运动的条件是什么？合力提供向心力2.如果突然剪断细线小球将做什么运动？沿切线方向做匀速直线运动mOr光滑水平面离心运动四、离心运动做圆周运动的物体，在提供的向心力突然消失，或者不足以提供圆周运动所需的向心力的情况下，就做逐渐远离圆心的运动。3.物体做离心运动的条件？4.生活中哪些现象是离心运动的应用，哪些情况是防止离心运动？应用：离心脱水、棉花糖、离心机、把体温计的水银柱甩回玻璃泡内；防止：汽车转弯，高速转动的砂轮、飞轮的限速。梳理深化四、离心运动1.离心运动：做圆周运动的物体，在提供的向心力突然消失，或者不足以提供圆周运动所需的向心力的情况下，就做逐渐远离圆心的运动。2.物体做离心运动的条件：Fn<F需向离心抛掷离心脱水离心分离离心甩干四、离心运动的应用四、离心运动的防止OFvOvF静·巩固提升例4.如图所示为洗衣机脱水筒．在匀速转动的洗衣机脱水筒内壁上有一件湿衣服与圆筒一起运动，衣服相对于圆筒壁静止，则()A.衣服受重力、弹力、压力、摩擦力、向心力五个力作用B.洗衣机脱水筒转动得越快，衣服与筒壁间的弹力就越小C.衣服上的水滴与衣服间的附着力不足以提供水滴所需要的向心力时，水滴做离心运动D.衣服上的水滴与衣服间的附着力大于水滴所需的向心力时，水滴做离心运动C

四、离心运动的应用与防止练习4.（多选）如图所示，光滑的水平面上，小球m在拉力F作用下做匀速圆周运动，若小球到达P点时F突然发生变化，下列关于小球运动的说法正确的是()A.F

突然消失，小球将沿轨迹Pa做离心运动B.F

突然变小，小球将沿轨迹Pa做离心运动C.F

突然变小，小球将沿轨迹Pb做离心运动D.F

突然变小，小球将沿轨迹Pc逐渐靠近圆心