第6章 第4节 生活中的圆周运动（课件PPT）-【状元桥·优质课堂】2024-2025学年高中物理必修第二册（人教版2019）

圆周运动 第六章 第4节　生活中的圆周运动 返回目录 物理　必修第二册 　 课前　教材预案 课堂　深度探究 课末　随堂演练 课时作业(十) 课前　教材预案 知识点1　火车转弯 外轨对轮缘的弹力 略高于 内侧 圆心 返回目录 物理　必修第二册 　 知识点2　汽车过拱形桥 mg－FN 小于 返回目录 物理　必修第二册 　 FN－mg 大于 返回目录 物理　必修第二册 　 知识点3　航天器中的失重现象 mg－FN 完全失重 返回目录 物理　必修第二册 　 知识点4　离心运动 切线 逐渐远 离 消失 不足以提供 所需的向心力 规定的速度 返回目录 物理　必修第二册 　 × √ × × 返回目录 物理　必修第二册 　 2 返回目录 物理　必修第二册 　 课堂　深度探究 考点1　火车转弯 返回目录 物理　必修第二册 　 返回目录 物理　必修第二册 　 返回目录 物理　必修第二册 　 返回目录 物理　必修第二册 　 返回目录 物理　必修第二册 　 返回目录 物理　必修第二册 　 返回目录 物理　必修第二册 　 返回目录 物理　必修第二册 　 考点2　汽车过拱形桥与航天器中的失,重现象 返回目录 物理　必修第二册 　 返回目录 物理　必修第二册 　 返回目录 物理　必修第二册 　 返回目录 物理　必修第二册 　 返回目录 物理　必修第二册 　 返回目录 物理　必修第二册 　 返回目录 物理　必修第二册 　 返回目录 物理　必修第二册 　 返回目录 物理　必修第二册 　 考点3　离心运动 返回目录 物理　必修第二册 　 返回目录 物理　必修第二册 　 返回目录 物理　必修第二册 　 返回目录 物理　必修第二册 　 返回目录 物理　必修第二册 　 返回目录 物理　必修第二册 　 返回目录 物理　必修第二册 　 返回目录 物理　必修第二册 　 课末　随堂演练 返回目录 物理　必修第二册 　 返回目录 物理　必修第二册 　 返回目录 物理　必修第二册 　 返回目录 物理　必修第二册 　 返回目录 物理　必修第二册 　 返回目录 物理　必修第二册 　 返回目录 物理　必修第二册 　 返回目录 物理　必修第二册 　 返回目录 物理　必修第二册 　 制 作 者：状元桥 适用对象：高中学生 制作软件：Powerpoint2010、 Photoshop cs3 运行环境：WindowsXP以上操作系统 [学习目标] 1.会分析火车转弯、汽车过拱桥等实际运动问题中向心力的来源，能解决生活中的圆周运动问题(科学态度与责任).2.了解航天器中的失重现象及产生原因(科学思维).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及危害(科学思维)． 1．如果铁路弯道的内、外轨一样高，火车转弯时，由____________________提供向心力． 2．铁路弯道的特点 (1)弯道处外轨__________内轨． (2)火车转弯时铁轨对火车的支持力不是竖直向上的，而是斜向弯道的________.支持力与重力的合力指向________. 1．汽车过凸形桥 汽车在凸形桥最高点时，如图甲所示，向心力Fn＝__________＝eq \f(mv2,R)，汽车对桥的压力FN′＝FN＝____________，故汽车在凸形桥上运动时，对桥的压力________汽车的重力． mg－ 2．汽车过凹形桥 汽车在凹形桥最低点时，如图乙所示，向心力Fn＝__________＝，汽车对桥的压力FN′＝FN＝mg＋，故汽车在凹形桥上运动时，对桥的压力________汽车的重力． 1．向心力分析：航天员受到的地球引力与座舱对他的支持力的合力提供向心力，由牛顿第二定律得______________＝meq \f(v2,r)，所以FN＝mg－meq \f(v2,r). 2．完全失重状态：当v＝______时，座舱对航天员的支持力FN＝0，航天员处于____________状态． 1．定义：做圆周运动的物体沿________方向飞出或做____________圆心的运动． 2．原因：提供向心力的合力实然________或合力__________________________. 3．离心运动的应用和防止 (1)应用：离心干燥器；洗衣机的脱水筒；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______________. 1．判断下列说法的正误． (1)车辆在水平路面上转弯时，所受重力与支持力的合力提供向心力．(　 　) (2)车辆按规定车速通过“内低外高”的弯道时，向心力是由重力和支持力的合力提供的．(　 　) (3)汽车在水平路面上匀速行驶时，对地面的压力等于车重，加速行驶时大于车重．(　 　) (4)汽车在拱形桥上行驶，速度小时对桥面的压力大于车重，速度大时压力小于车重．(　 　) 2．如图所示，汽车在通过水平弯道时，轮胎与地面间的摩擦力已达到最大值，若汽车转弯的速率增大到原来的倍，为使汽车转弯时仍恰好不打滑，其转弯半径应变为原来的______倍． 【情境导学】 图甲为摩托车在水平道路上转弯，图乙为火车转弯，图丙为火车轮缘与铁轨，摩托车和火车转弯提供向心力的方式一样吗？铁路弯道处铁轨有什么特点？ 提示　摩托车转弯时由摩擦力提供向心力，火车质量太大，轮缘与外轨间的相互作用力太大，铁轨和车轮极易受损，需要设置特别的轨道，使外轨高于内轨，使火车受到的重力、支持力的合力提供向心力． 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mgtan θ＝m，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(θ很小的情况下，tan θ≈sin θ)． 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．当火车行驶速度v＞v0时，外轨道对轮缘有侧向压力．当火车行驶速度v＜v0时，内轨道对轮缘有侧向压力． 【例题1】 在铁路的拐弯处，路面要造得外高内低，以减小车轮对铁轨的冲击，某段铁路拐弯半径为R，路面与水平面的夹角为θ，要使列车通过时轮缘与铁轨的侧向作用力为零，列车的车速v应为(　　) A. B. C. D. 思维导引：(1)火车转弯时的运动为水平面的圆周运动；(2)火车所受的支持力和重力的合力与所需向心力相等时，火车对内、外轨的侧向作用力为零． 答案　C 解析　列车匀速转弯，当列车通过时轮缘与铁轨的侧向作用力为零，重力与支持力的合力提供向心力，如图所示，根据牛顿第二定律，mgtan θ＝m，解得v＝，选项C正确，A、B、D错误． 【变式1】 (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，两轨所在平面的倾角为θ，则(　　) A．该弯道的半径r＝ 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．当火车速率大于v时，外轨将受到轮缘的挤压 答案　ABD 解析　火车拐弯时不侧向挤压轮缘，靠重力和支持力的合力提供向力，根据牛顿第二定律得mgtan θ＝m，解得r＝，选项A正确；根据牛顿第二定律得mgtan θ＝m，解得v＝，可知火车规定的行驶速度大小与质量无关，选项B正确；当火车速率大于v时，重力和支持力的合力不足以提供向心力，此时外轨对火车轮缘有侧压力，轮缘挤压外轨，选项C错误，D正确． 【情境导学】 在电视或电影中我们经常会看到汽车高速通过一个拱桥时会一跃而起，脱离地面．试分析车速达到多少时才能达到这种效果呢？ 提示　v≥. 1．两类汽车过拱形桥动力学分析 项目 汽车过拱形桥 汽车过凹形路面 受力分析 对桥的压力 FN′＝FN＝mg－m FN′＝FN＝mg＋m 项目 汽车过拱形桥 汽车过凹形路面 加速度方向 竖直向下 竖直向上 超重失重 失重 超重 讨论 (1)当v＝时，FN＝0 (2)当0≤v＜时，0＜FN≤mg，v增大，FN减小 (3)当v＞时，汽车脱离桥面，发生危险 v增大，FN、FN′增大 2.航天器中的失重原因 (1)质量为m的航天器在近地轨道运行时，航天器的重力提供向心力，满足关系：mg＝m，则v＝. (2)绕地球做匀速圆周运动的航天器内，任何物体都处于完全失重状态． 【例题2】 公路在通过小型水库的泄洪闸的下游时，常常要修建凹形桥，也叫“过水路面”．如图所示，汽车通过凹形桥的最低点时(　　) A车对桥的压力等于汽车的重力 B．车对桥的压力小于桥对汽车的支持力 C．汽车所需的向心力就是桥面对车的支持力 D．为了防止爆胎，车应低速驶过 思维导引：(1)知道最低点向心力的来源，根据牛顿第二定律得出支持力和重力的关系；(2)根据牛顿第三定律比较支持力和压力的关系． 答案　D 解析　在最低点，地面对车的支持力与车的重力的合力提供向心力，设桥对车的支持力为FN，根据牛顿第二定律有FN－mg＝m，所以FN>mg，根据牛顿第三定律，车对桥的压力等于桥对车的支持力，所以车对桥的压力大于重力，选项A、B、C错误；为了防止爆胎，应减小桥对车的支持力FN，FN＝m＋mg，所以应该减小速度，选项D正确． 【变式2】 (多选)2024年4月25日，神舟十八号载人飞船搭载三名航天员顺利进入预定轨道，开启了为期6个月的工作计划，航天员在轨道的飞船内均处于完全失重状态．下列说法正确的是(　　) A．航天员仍受重力的作用 B．航天员受力平衡 C．航天员所受重力等于所需的向心力 D．航天员不受重力的作用 答案　AC 解析　围绕地球做匀速圆周运动的飞船中的航天员，所受重力全部提供其做圆周运动的向心力，处于完全失重状态，并非航天员不受重力作用，选项A、C正确，B、D错误． 【情境导学】 链球比赛中，高速旋转的链球被放手后会飞出(如图甲所示)；雨天，当你旋转自己的雨伞时，会发现水滴沿着伞边缘的切线飞出(如图乙所示)． (1)链球飞出后受几个力？ (2)你能说出水滴沿着伞的边缘切线飞出的原因吗？ 提示　(1)重力和空气阻力． (2)旋转雨伞时，雨滴也随着运动起来，但伞面上的雨滴受到的力不足以提供其做圆周运动的向心力，雨滴由于惯性要保持其原来的速度方向而沿切线方向飞出． 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出现近心运动，由实际提供的合力F合和所需向心力(m或mω2r)的大小关系决定．(如图所示) (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．当F合＝0时，物体做匀速直线运动． 【例题3】 如图所示是摩托车比赛转弯时的情形，转弯处路面常是外高内低，摩托车转弯有一个最大安全速度，若超过此速度，摩托车将发生滑动．关于摩托车滑动的问题，下列论述正确的是(　　) A．摩托车一直受到沿半径方向向外的离心力作用 B．摩托车所受外力的合力小于所需的向心力 C．摩托车将沿其线速度的方向沿直线滑去 D．摩托车将沿其半径方向沿直线滑去 思维导引：(1)理解离心运动产生的原因；(2)针对做离心运动的物体的受力分析要准确． 答案　B 解析　摩托车受重力、地面支持力和地面的摩擦力作用，没有离心力，选项A错误；摩托车正常转弯时可看作匀速圆周运动，所受的合力等于向心力，如果向外滑动，说明提供的向心力即合力小于需要的向心力，选项B正确；摩托车将沿线速度方向与半径向外的方向之间的方向做离心曲线运动，选项C、D错误． 【变式3】 如图所示，光滑水平面上，小球在拉力F作用下做匀速圆周运动．若小球运动到P点时，拉力F突然发生变化，则下列关于小球运动情况的说法正确的是(　　) A．若F突然变小，小球可能沿Pa做离心运动 B．若F突然变大，小球可以沿Pb做离心运动 C．若F突然变小，小球可能沿Pc做向心运动 D．若拉力突然消失，小球将沿Pa做匀速直线运动 答案　D 解析　在光滑水平面上，拉力F提供小球做匀速圆周运动所需的向心力，当拉力突然变小时，拉力小于小球做匀速圆周运动所需的向心力，因此小球可能沿Pb做离心运动，选项A、C错误；当拉力F突然变大时，拉力大于小球做匀速圆周运动所需的向心力，因此小球可能沿Pc做近心运动，选项B错误；当拉力突然消失时，小球所受合力为零，小球将沿切线方向做匀速直线运动，即小球将沿Pa做匀速直线运动，选项D正确． 1．(生活中的圆周运动)(多选)下列有关生活中的圆周运动的实例分析，说法正确的是(　　) A．汽车通过凹形桥的最低点时，车对桥的压力大于汽车的重力 B．在铁路的转弯处，通常要求外轨比内轨高，目的是减轻轮缘与外轨的挤压 C．杂技演员表演“水流星”，当“水流星”通过最高点时处于完全失重状态，不受重力作用 D．洗衣机脱水桶的脱水原理是水滴受到的离心力大于它受到的向心力，从而沿切线方向甩出 答案　AB 解析　汽车通过凹形桥的最低点时，FN－mg＝m，支持力大于重力，根据牛顿第三定律可知，车对桥的压力大于汽车的重力，选项A正确；在铁路的转弯处，通常要求外轨比内轨高，当火车转弯时，支持力的一个分力提供了一部分向心力，从而减轻轮缘对外轨的挤压，选项B正确；杂技演员表演“水流星”，当“水流星”通过最高点时仍受重力作用，选项C错误；离心力与向心力并非物体实际受力，衣服对水的吸附力小于水做圆周运动所需要的向心力，因此产生离心现象，选项D错误． 2．如图所示，某同学骑独轮车在水平运动场上转弯时，地面的摩擦力已达到最大，当独轮车速率增为原来的倍时，若要该同学骑独轮车在同样地面上转弯不发生险情，则(　　) A．独轮车转弯的轨道半径增为原来的倍 B．独轮车转弯的轨道半径增为原来的2倍 C．独轮车转弯的轨道半径减为原来的 D．独轮车转弯的轨道半径减为原来的 答案　B 解析　独轮车转弯时的向心力由摩擦力提供，当独轮车与地面间的摩擦力达到最大值Ffm时，有Ffm＝m，解得v2＝ ∝R，当独轮车的速率v增为原来的倍时，若要该同学骑独轮车在同样地面上转弯不发生险情，独轮车转弯的轨道半径R应增为原来的2倍，选项B正确． 3．(航天器中的失重现象)(多选)太空空间站绕地球做匀速圆周运动，下列说法正确的是(　　) A．在空间站内可以用天平测量物体的质量 B．在空间站内可以用水银气压计测舱内的气压 C．在空间站内可以用弹簧测力计测拉力 D．在空间站内将重物挂于弹簧测力计上，弹簧测力计示数为零，但重物仍受地球的引力 答案　CD 解析　太空空间站内物体处于完全失重状态，此时放在天平上的物体对天平的压力为零，因此不能用天平测物体的质量，选项A错误；同理水银也不会产生压力，故水银气压计也不能使用，选项B错误；弹簧测力计测拉力遵从胡克定律，拉力的大小与弹簧伸长量成正比，选项C正确；物体处于完全失重状态时并不是不受重力，而是重力提供了物体做圆周运动的向心力，选项D正确． 4．(汽车过拱形桥问题)一辆卡车在丘陵地带匀速率行驶，由于轮胎太旧，在驶过如图所示的一段地形时由于挤压过度爆胎了，你认为爆胎的地点最有可能是在(　　) A．a处 B.b处 C．c处 D.d处 答案　B 解析　最容易爆胎的地方应是轮胎受到的压力最大的地方，在a、c两处，向心加速度的方向向下，汽车处于失重状态，轮胎所受压力小于汽车重力；而在b、d两处，向心加速度方向向上，轮胎所受压力大于重力，由图可知，b处轨道半径小于d处轨道半径，由F－mg＝可知，在速率相同的情况下，半径越小压力越大，故最易爆胎的位置是在b处，选项B正确． $$