全国观摩课一等奖（人教版）高中物理必修二《生活中的圆周运动》课件

物理·必修2（人教版）第五章曲线运动第七节生活中的圆周运动

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栏目链接情景切入在日常生活中，我们经常会见到这样一些现象：舞蹈演员在表演旋转动作时，裙子会张开；在雨中若把伞柄转动一下，伞面上的雨水将会很快地沿伞面运动，到达边缘后雨水将沿切线方向飞出；满载黄沙或石子的卡车，在急转弯时，部分黄沙或石子会被甩出．车流在大都市中穿行，为了解决交通问题，人们在城市中修建了高架桥，使车辆的运行更加流畅．你是否注意到，转弯处的路面并不是水平的，而是外侧偏高？

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栏目链接1．能分析具体问题中向心力的来源，解决生活中的圆周运动问题．2．了解航天器中的失重现象及其原因．3．了解离心运动及物体做离心运动的条件，知道离心运动的应用和危害．

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栏目链接课前导读1．火车转弯时的运动特点．火车转弯时做的是________运动，因而具有向心加速度，需要________．2．向心力的来源．转弯处________略高于________，适当选择内外轨的高度差，可使转弯时所需的向心力几乎完全由________与________的合力来提供．

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栏目链接一、铁路的弯道圆周向心力外轨内轨重力支持力课前导读汽车以速度v过半径R的凸形(或凹形)桥时受力如图所示，在最高点(或最低点)处，由________和________的合力提供向心力．

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栏目链接二、拱形桥重力支持力课前导读

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栏目链接mg－FNFN－mg课前导读

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栏目链接三、航天器中的失重现象G－FN匀速圆周完全失重课前导读

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栏目链接四、离心运动做圆周运动的物体，在所受的合外力________或合外力________提供物体做圆周运动所需的向心力的情况下，就会做逐渐远离圆心的运动，这种运动叫做离心运动．突然消失不足以

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栏目链接问题探究问题一火车转弯时，车速为什么有限制？

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栏目链接1．铁路的弯道．

(1)火车车轮的结构特点：火车的车轮有凸出的轮缘，且火车在轨道上运行时，有凸出轮缘的一边在两轨道内侧，这种结构的特点，主要是有助于固定火车运动的轨迹．(如图所示)问题探究

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栏目链接(2)火车转弯时，如果转弯处内外轨一样高，外侧车轮的轮缘挤压外轨，使外轨发生弹性形变，外轨对轮缘的弹力就是火车转弯的向心力，如图所示，但火车质量太大，靠这种办法得到向心力，轮缘与外轨间的相互作用力太大，铁轨和车轮极易受损．问题探究

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栏目链接(3)火车转弯时，如果在转弯处使外轨略高于内轨，火车转弯时铁轨对火车的支持力FN的方向不再是竖直的，而是斜向弯道的内侧，它与重力G的合力指向圆心，为火车转弯提供了一部分向心力，这就减轻了轮缘与外轨的挤压．在修筑铁路时，要根据转弯处轨道的半径和规定的行驶速度，适当选择内外轨的高度差，使转弯时所需的向心力几乎完全由重力G和支持力FN的合力来提供(如图所示)．问题探究

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栏目链接由于铁轨建成后，h、L、R各量是确定的，故火车转弯时的车速应是一个定值．名师提示：(1)当火车行驶速率v＝v0时，火车对内外轨均无侧向压力．(2)当火车行驶速率v>v0时，外轨道对轮缘有侧向压力．(3)当火车行驶速率v<v0时，内轨道对轮缘有侧向压力．同理，高速公路、赛车的弯道处也是外高内低，使重力和支持力的合力提供车辆转弯时所需要的向心力，减小由于转弯产生的摩擦力对车轮的损坏．问题探究

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栏目链接尝试应用1．若火车按规定的速率转弯时，内外轨对车轮皆有压力．当火车以小于规定速率转弯时(

)A．仅内轨对车轮有侧压力B．仅外轨对车轮有侧压力C．内外轨对车轮都有侧压力D．内外轨对车轮都无侧压力D答案：知识解惑问题二怎样解决拱形桥问题？

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栏目链接汽车对桥的压力的区别如下表所示．内容项目凸形桥凹形桥受力分析图以a方向为正方向，根据牛顿第二定律列方程mg－FN1＝mFN1＝mg－mFN2－mg＝mFN2＝mg＋m牛顿第三定律FN1′＝FN1＝mg－mFN2′＝FN2＝mg＋m讨论v增大，FN1′减小，当v增大到时，FN1′＝0.v增大，FN2′增大，只要v≠0，mg<FN2.知识解惑

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栏目链接问题探究2.一辆卡车在丘陵地带匀速行驶，地形如图所示，由于轮胎太旧，爆胎可能性最大的地段应是(

)A．a处B．b处C．c处D．d处尝试应用

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栏目链接D答案：解析：问题探究1．向心力的作用效果是改变物体的运动方向，如果它们受到的合外力恰好等于物体所需的向心力，物体就做匀速圆周运动．此时，F＝mrω2.

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栏目链接问题三如何解释离心现象？问题探究2．如果提供的外力小于物体做匀速圆周运动所需的向心力，虽然物体的速度方向还要变化，但速度方向变化较慢，因此物体偏离原来的圆周做离心运动，其轨迹为圆周和切线间的某条线，如图所示．这时，F<mrω2.3．如果向心力突然消失(例如小球转动时绳子突然断开)，则物体的速度方向不再变化，由于惯性，物体将沿此时的速度方向(即切线方向)按此时的速度大小飞出，这时F＝0.

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栏目链接问题探究3．如图所示，光滑的水平面上．小球在拉力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突然变大，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.尝试应用

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栏目链接A答案：

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栏目链接知识解惑题型1生活中的转弯问题例1如图所示，某游乐场里的赛车场地为圆形水平面，半径为100m，一赛车和选手的总质量为100kg，车轮与地面间的最大静摩擦力为600N.(1)若赛车的速度达到72km/h，这辆车在运动过程中会不会发生侧移？(2)若将场地建成外高内低的圆形，且倾角为30°，并假设车轮和地面之间的最大静摩擦力不变，为保证赛车的行驶安全，赛车最大行驶速度应为多大？

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栏目链接知识解惑解析：

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栏目链接答案：(1)不会(2)35.6m/s知识解惑名师归纳：·汽车(自行车)在水平面上转弯时，汽车(自行车)所受地面的静摩擦力提供转弯的向心力，在倾斜路面上转弯，通常是重力与路面的支持力的合力提供向心力，转弯的圆心在水平面上，物体转弯时若做匀速圆周运动，则合力提供物体做圆周运动的向心力．

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栏目链接知识解惑变式应用

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栏目链接答案：C知识解惑

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栏目链接题型2关于拱形桥或凹型桥模型的问题例2

如图所示，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20m．如果桥面承受的压力不得超过3.0×105N，则：(1)汽车允许的最大速度是多少？(2)若以所求速度行驶，汽车对桥面的最小压力是多少？(g取10m/s2)知识解惑解析：

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栏目链接答案：(1)10m/s

(2)105N知识解惑

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栏目链接名师归纳：车在不同的位置，合外力的方向不同，导致压力大小不同，车在凸形桥顶部时对桥面的压力最小．知识解惑变式应用2．一辆质量为800kg的汽车在圆弧半径为50m的拱桥上行驶．求：(g取10m/s2)(1)若汽车到达桥顶时速度为v1＝5m/s，汽车对桥