第04讲 生活中的圆周运动（同步课件）-【上好课】2024-2025学年高一物理同步精品课堂（人教版2019必修第二册）

第六章 圆周运动 6.4 生活中的圆周运动 人教版(2019)必修 第二册 Directory 目录 汽车过拱形桥 01 新课引入 03 02 火车转弯 航天器中的失重现象 04 离心运动 05 课堂练习 06 conclusion 新课引入 01 思考与讨论 在铁路弯道处，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？ 观察与思考 行驶中的火车为什么会发生脱轨事故呢？ conclusion 火车转弯 02 (一)车轮构造 铁轨 踏面 轮缘 思考与讨论 G N . F 火车车轮有突出的轮缘 外轨 内轨 (1)火车转弯时可看做匀速圆周运动，如果火车内外轨道一样高。火车受哪些力？谁充当向心力？ 靠这种办法得到的向心力缺点是什么？ 思考与讨论 G Fn N θ θ r (2)如果火车外轨道比内轨道高。火车可以不受轨道侧向的弹力F吗？ (3)若不受侧向轨道的弹力，谁充当向心力？是沿哪个方向？ (二)临界速度 质量为m的火车转弯时，做匀速圆周运动的轨道半径为r，轨道的倾角为θ，求火车速度多大时对轨道无侧向压力。 解： G Fn N θ θ r 火车转弯规定临界速度: 深度拓展 思考:(1)如果v行驶>v临界，情况如何? (2)如果v行驶<v临界，情况如何? 质量为m的火车转弯时，做匀速圆周运动的轨道半径为r，轨道宽L，高度差为h，求火车速度多大时对轨道侧向无压力。(图中θ很小） N θ r G Fn h L θ 思考与讨论 如果火车在转弯处的速度大于规定速度，会对哪个轨道有挤压？如果小于呢？ (1)速度过大时： (2)速度过小时： 外侧轨道与轮之间有弹力 内侧轨道与轮之间有弹力 G Fn N h L θ θ r 通过以上学习，你是否可以解释转弯处内外轨高度不同和火车脱轨的原因吗？ 思考与讨论 高速公路转弯处和场地自行车比赛的赛道，路面往往有一定的倾斜度，说说这样设计是什么原因？ 原因分析 (1)水平路面转弯 ①向心力：自行车侧向所受的静摩擦力。 ②临界速度： FN mg Ff 原因分析 (2)外高内低路面转弯 ①向心力：重力和支持力的合力。 ②临界速度： N Fn mg θ为赛道斜面与水平面的夹角 conclusion 汽车过拱形桥 03 思考与讨论 公路上的拱形桥是常见的，为什么拱形桥比凹形桥更普遍呢？ 凹形桥 拱形桥 解：mg和FN的合力提供汽车做圆周运动的向心力， 由牛顿第二定律得： (一)凹形桥 质量为m的汽车在拱形桥上以速度v行驶，若桥面的圆弧半径为R，当汽车通过桥的最低点时，试画出汽车受力分析图，哪些力提供了向心力？桥对汽车的支持力多大？ mg FN a 随着速度的增大，汽车通过桥的最低点时所受的支持力如何变化？ 由牛顿第三定律得： 方向：竖直向下 (二)拱形桥 质量为m的汽车在拱形桥上以速度v行驶，若桥面的圆弧半径为R，当汽车通过桥的最高点时，试画出汽车受力分析图，哪些力提供了向心力？桥对汽车的支持力多大？ mg FN a 解：mg和FN的合力提供汽车做圆周运动的向心力，由牛顿第二定律得： 方向：竖直向上 思考与讨论（最高点） （3）当FN =0时，v等于多少？ （1）当v=0 时，FN等于多少？ （2）当v增大时，FN 如何变化？ （4）当 时，汽车将做何种运动？ （5）此时人和座位之间是否有压力存在？ mg FN 新课讲授 思考与讨论 　　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0？这时驾驶员与座椅之间的压力是多少？驾驶员躯体各部分之间的压力是多少？他这时可能有什么感觉？ 新课讲授 问题分析 (1)人的向心力： (2)支持力大小： 当 时，座椅对人的支持力为0，人处于完成失重状态。 地球半径为6400km，则要脱离地球的束缚发射卫星或飞船的最小速度为多少？ conclusion 航天器中的失重现象 04 新课讲授 太空中的失重 新课讲授 思考与讨论 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？ 这种说法是错误的，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。 如果地球对航天器的引力突然消失，那么航天器将做什么运动？ conclusion 离心运动 05 新课讲授 观察与思考 新课讲授 观察与思考 新课讲授 观察与思考 (1)做圆周运动的链球，在运动员提供的拉力消失后，链球运动的特点是怎样的？ (2)静止在转台上的碟子，在转台转起后，碟子的运动特点是怎样的？ (3)链球和碟子为什么会有这样的运动特点？你是否可以分析一下原因。 新课讲授 (一）离心运动 (1)物体作圆周运动的条件 F = 若“提供”≠“需要”？ “提供”=“需要” 新课讲授 (一）离心运动 (2)物体作离心运动的条件： F提供 < F需要 F提供= F需要 F提供 = 0 F提供 ＜F需要 F提供＞F需要 圆周 近心 切线 离心 新课讲授 (二）离心运动的应用 新课讲授 (三）离心运动的危害 新课讲授 (三）离心运动的危害 conclusion 课堂练习 06 1．铁路在弯道处的内外轨高低是不同的。如图所示，已知轨道平面的倾角为，弯道处的轨道圆弧半径为R，火车以轨道的设计速度行驶时，车轮轮缘与内外轨恰好没有挤压。质量为m的火车转弯时，下列说法正确的是（　　） A．火车受到重力、铁轨对火车的作用力、向心力 B．轨道的设计速度为 C．轨道的设计速度为 D．火车实际速度大于设计速度时，内轨与轮缘之间有挤压 B 【答案】B 【详解】A．火车受到重力、铁轨对火车的支持力，两个力的合力充当火车做圆周运动的向心力，选项A错误； BC．根据可知，轨道的设计速度为选项B正确，C错误； D．火车实际速度大于设计速度时，重力与铁轨对火车的支持力的合力不足以提供火车做圆周运动的向心力，此时火车有做离心运动的趋势，则外轨与轮缘之间有挤压，选项D错误。故选B。 2．图甲是汽车通过凸形桥时的情景，图乙是汽车急转弯时的情景。若已知图甲中凸形桥圆弧半径为R；图乙中转弯圆弧半径也为R，路面外侧高内侧低，倾角为θ；重力加速度为g，则以下说法正确的是（　　） A．图甲中汽车通过桥顶时，速度越大，汽车对桥面的压力越大 B．图甲中如果车速，一定会出现“飞车现象” C．图乙中只要车速，车辆一定向内侧滑动 D．图乙中即使车速，车辆不一定向外侧滑动 D 【答案】D 【详解】A．图甲中汽车通过桥顶时，根据牛顿第二定律可得由此可知，速度越大，汽车对桥面的压力越小，故A错误； B．图甲中如果车速，则此时FN为零，即此时为“飞车现象”的临界状态，故B错误； C．图乙中只要车速，车辆有向内运动的趋势，若车辆与地面间的侧向静摩擦力足够大，车辆也可能不会向内侧滑动，故C错误； D．图乙中当车速，车辆有向外运动的趋势，若车辆与地面间的侧向静摩擦力足够大，车辆不一定向外侧滑动，故D正确。 故选D。 3．如图所示，当汽车以一定的速度过拱形桥和凹形路面时，下列说法正确的是（　　） A．图甲中汽车对桥面的压力大于车的重力 B．图乙中汽车对路面的压力小于车的重力 C．图甲中汽车的速度越大，汽车对桥面的压力越小 D．图乙中汽车的速度越大，汽车对路面的压力越小 C 【答案】C 【详解】AC．甲图中在最高点时，根据牛顿第二定律有解得根据牛顿第三定律可知最高点车对路面的压力比汽车的重力小，且汽车的速度越大，汽车对桥面的压力越小，故A错误，C正确； BD．乙图中，根据知根据牛顿第三定律可知汽车对路面的压力大于车的重力，速度越大，汽车对路面的压力越大。故BD错误。故选C。 4．公路上的拱形桥是常见的，汽车过桥最高点时的运动可以看做圆周运动。如图所示，汽车通过桥最高点时（　　） A．汽车对桥的压力等于汽车的重力 B．汽车对桥的压力大于汽车的重力 C．汽车过桥最高点时所需要的向心力方向竖直向下 D．汽车做圆周运动所需要的向心力为0 C 【答案】C 【详解】ABC．汽车通过桥最高点时，对汽车受力分析，在竖直方向受重力和桥的支持力，汽车做圆周运动，则重力与支持力的合力提供向心力，且指向圆心，因此向心力方向竖直向下，由牛顿第二定律可得解得可知桥对汽车的支持力小于重力，由牛顿第三定律可知，汽车对桥的压力小于汽车的重力，AB错误，C正确； D．汽车做圆周运动，由牛顿第二定律可知，所需要的向心力不是零，若向心力是零，汽车就不能做圆周运动，D错误。故选C。 B 5．餐桌上的自动转盘在电动机的带动下匀速转动，转盘上放有、两个相同的空茶杯（可视为质点）随转盘一起做匀速圆周运动，、到圆心的距离分别是、，且，假设自动转盘的粗糙程度相同。下列说法正确的是（　　） A．两个茶杯所受的摩擦力大小相等 B．两个茶杯都有沿切线方向滑出去的趋势 C．若在茶杯中加入茶水后加快转盘的转速，则茶杯应先滑出去 D．若在茶杯中加入茶水后加快转盘的转速，则茶杯应先滑出去 【答案】C 【详解】A．此时两茶杯随转盘一起做圆周运动，根据牛顿第二定律有由于可知，两个茶杯所受摩擦力大小，A错误； B．两个茶杯靠静摩擦力提供向心力，向心力的方向指向圆心，可知两个茶杯都有沿半径向外滑出去的趋势，B错误； CD．设茶杯发生滑动的临界角速度为，根据牛顿第二定律可知解得由此可知，两茶杯发生滑动的临界速度为无关，即加快转盘的转速，茶杯应先滑出去。C正确；D错误。故选C。 本节结束 谢谢观看 Lavf58.12.100 Codec by Bilibili XCode Worker v4.7.18(fixed_gap:False) Lavf58.20.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.5.7 Lavf58.20.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf58.12.100 Lavf58.20.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $$