6.4生活中的圆周运动 课件 -2025-2026学年高一上学期物理人教版（2019）必修第二册

该高中物理课件聚焦生活中的圆周运动，涵盖汽车转弯、火车拐弯、拱桥及离心运动等实例，通过生活场景导入，复习向心力知识，构建“供”（受力分析）“需”（所需向心力）平衡分析框架，搭建前后知识学习支架。 其亮点在于以“供”“需”平衡为核心分析方法，结合汽车水平/山路转弯、火车内外轨高度差等实例，培养科学思维的模型建构与推理能力。通过离心运动应用（脱水）与防止（转弯限速）实例，渗透科学态度与责任，助力学生理解物理观念，教师可借助结构化实例提升教学效率。

完成一个小目标，需要一个大智慧！ 授课教师： 6.4 生活中的圆周运动 第六章 圆周运动 1 1.物理观念：能建立火车转弯和汽车过拱桥等几个物理模型的物理观念 2.科学思维：培养独立观察、分析问题、解决问题的能力，提高概括总结知识的能力 3.科学探究：通过对几个圆周运动的事例分析，掌握用牛顿第二定律分析向心力的方法. 4.科学态度与责任：通过离心运动的应用和防止的实例分析，明白事物都是一分为二的，要学会用一分为二的观点来看待问题，养成良好的思维表述习惯和科学的价值观 教学目标 向心力 效果 特点 来源 方向: 大小: 性质: 只改变速度方向,不改变速度大小. 指向圆心. 变力. Fn 物体所受的合外力,或某个力的分力. 复习回顾 实例研究1——汽车拐弯 O G T Fn 生活实例：游乐场里的旋转秋千,由重力和吊绳拉 力的合力提供向心力 2.圆锥摆模型 7班 生活中物体的圆周运动随处可见，大到行星的运转、小到大摆锤的旋转，汽车、火车的转弯无不展示着圆周运动的魅力。 而做圆周运动的物体 需要向心力。 F “供需”平衡 物体做匀速圆周运动 提供物体做匀速圆周运动的力 物体做匀速圆周运动所需的力 向心力公式的理解 = 从“供” “需”两方面研究做圆周运动的物体 7 研究圆周运动的要点 从“供”“需”两方面来进行研究 “供”——分析物体受力，求沿半径方向的合外力 “需”——确定物体轨道，定圆心、找半径、用公式，求出所需向心力 “供”、“需”平衡做圆周运动 mg FN f 汽车在水平路面上转弯是什么力提供向心力的呢? 一、汽车转弯 O f为汽车侧向所受的静摩擦力 想一想：当汽车转弯的半径一定时,汽车的速度v越大， f会如何变化？ （水平面内的圆周运动） 1、定义：做匀速圆周运动的物体,在一定条件下,做逐渐远离圆心的运动,这种运动叫离心运动。 二、离心运动 2、原因：向心力突然消失或者合外力不足于提供向心力。 3、合外力超过所需向心力，物体做逐渐靠近圆心的运动，即向心运动（近心运动）。 11 圆周运动的 “供”与“需” “供”“需”是否平衡决定物体做何种运动 供 提供物体做圆周运动的力F合 需 物体做圆周运动所需要的力Fn 匀速圆周运动 离心运动 近心运动 4、对离心运动的理解： （1）离心现象的本质是物体惯性的体现。 （2）离心运动是物体做半径逐渐增大的运动或沿切线方向飞出的运动，不是沿着半径背离圆心的运动。 （3）物体做离心运动，不是因为受到“离心力”，更不是“离心力”大于向心力，而是外界提供的向心力不足或突然消失。 5.离心运动的应用 离心脱水 离心抛掷 离心铸造 离心风机 纺织厂用离心运动使棉纱、毛线、纺织品干燥。 在炼钢厂中，把熔化的钢水浇入圆柱形模子，模子沿圆柱的中心轴高速旋转，钢水由于离心运动趋于周壁，冷却后就形成无缝钢管。 医务人员可以从血液中分离出血浆和红细胞。 6.离心运动的危害与防止 离心运动有时也会带来危害。如果转弯时速度过大，所需向心力就很大，大于最大静摩擦力，就会做离心运动而造成事故。砂轮、飞轮的转速过高时，离心运动会使它们破裂，酿成事故。 汽车转弯 1、平地转弯与山路转弯 A、平地转弯 Ff G N Ff 分析可知，此时车轮与地面的摩擦力提供向心力。 汽车能够安全转弯的最大速度跟什么有关系？ =μmg 为安全行驶：可采取哪些措施？ 改进措施: (1)增大转弯半径 (2)增加路面的粗糙程度 (3)最重要的一点:司机应该减速慢行! (4)增加路面高度差——外高内低 思考： 为什么下雨天在转弯处容易引发交通事故？ 雨天路滑，车轮与路面间的最大静摩擦力 减小 B、山路转弯 F合 G N 分析可知，此时车的重力与支持力的合力提供向心力。 α 车有外滑趋势， (指向弯道内侧摩擦力) 车有内滑趋势， (指向弯道外侧摩擦力) 进一步分析可知： （1）若图中的汽车相对地面既没有向外，又没有向里运动的趋势，此时汽车受到哪几个力的作用？向心力的来源是什么？此时汽车做匀速圆周运动的速度是由什么因素决定的？ 在铁路弯道处，稍微留意一下，就能发现内外轨道得高度略有不同。你能解释其中得原因吗？ 火车拐弯问题 三.铁路火车弯道 问题：火车转弯是什么力提供向心力？ 车轮的构造 火车车轮有突出的轮缘 结论：外轨对轮缘的弹力提供向心力 铁路的弯道——内外轨一样高 思考：火车质量、速度比较大，故所需向心力也很大。挤压的后果会怎样? O F G FN 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. 转弯所需的向心力的方向是在水平方向上而不是在与斜面平行的方向上。 改进方法：外轨高于内轨时转弯 G Fn N θ θ r v0＝ gR tanθ （1）轨道对轮缘无挤压，此时火车的速度为多大？ r FN FN Fn Fn mg θ 29 29 （2）当 v＞v0 时，轨道对轮缘的力是怎样的？ G FN θ F 当v＞v0时，外轨挤压轮缘，轮缘受到外轨向内的压力作用，速度越大，挤压越大。 30 30 （3）当 v＜v0 时，轨道对轮缘的力是怎样的？ G FN θ F 当v＜v0时，内轨挤压轮缘，轮缘受到内轨向外的压力作用，速度越小，挤压越大。 31 31 (1)、当火车行驶速率 时，Fn=F合，内外轨道都不受挤压，对两轮缘都没有压力 (3)、当火车行驶速率 时，Fn=F合-F侧，内轨道受到挤压对轮缘有侧压力 (2)、当火车行驶速率 时，Fn=F合+F侧，外轨道受到挤压对轮缘有侧压力 结论： 生活实例：火车转弯 火车质量为8×105kg ，以半径R=900m转弯，现将外轨垫高，且tanθ=0.1,要使火车通过弯道时仅受重力与轨道的支持力，火车转弯的速度是多少？ G Fn N h L θ θ r 解：火车拐弯需要向心力： 由力的关系得： 即提供的向心力： 此为火车转弯时的安全速度 火车拐弯问题 拐弯处的外侧铁轨比内侧铁轨稍微偏高。 h 内侧铁轨 外侧铁轨 四.拱形桥和凹形桥 生活中拱形桥是常见的，汽车过桥时也可以看做圆周运动。那么是什么力提供汽车的向心力呢？为了保证汽车过桥时的安全，需要注意什么？ （竖直轨道内圆周运动） 汽车过拱形桥 汽车拱形桥时的运动也可以看作为圆周运动。质量为m的汽车在拱形桥上以的速度前进，设桥面的圆弧半径为r。当汽车通过桥的最高点时： 受力情况：汽车收到重力和桥面的支持力 等量关系：汽车收到重力和桥面的支持力的合力提供向心力 拱形桥 （竖直轨道内圆周运动） 1.分析汽车的受力情况 G FN 2.找圆心 圆心O 3.确定半径方向F合即Fn的方向 Fn 4.列方程 注意公式中v用汽车过桥顶时的线速度 情形一：凸形桥 F f 由上式，当速度v增加时，支持力N减小 当FN=0时， 即说明当车过凸形桥时，车容易“飘” 失重 完全失重 （3）当FN =0时 （1）当v=0 时，FN =？ （2）当 v ↑ 时，FN ？ （4）当 时汽车做什么运动？ 此时人和座位之间有没有压力呢？ 讨论：（最高点） mg FN 是汽车过凸形桥最高点的临界速度 此时车与路面无压力，人与座位无压力，处于完全失重状态。 车恰好做平抛运动。 如果把拱桥半径增大，增大到6400km，此时汽车以多大速度才能脱离桥面？人和座位之间有没有压力? 思考与讨论2： FN =0 例题、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,地面对车的支持力为零?这时驾驶员与座椅之间的压力是多少…… 第一宇宙速度 41 汽车过凹形桥 公路上偶尔遇到凹形路面，汽车通过凹形路面的最低点时，车对地面的压力会增大，所以需要减速，如果加速通过凹形路面，可能出现爆胎事故。 1.分析汽车的受力情况 G FN 2.找圆心 圆心0 3.确定F合即Fn的方向 Fn 4.列方程 注意公式中v用汽车过桥底时的线速度 情形二：凹形桥 即说明当车过凹形桥时，车容易“爆胎” 超重 （竖直轨道内圆周运动） 比较三种桥面受力的情况 FN=G 同样的一辆车分别在三种桥面上行驶时，凸形桥承受的压力最小，也可以说，能承受更多辆汽车同时在桥面上行驶。 请同学们想一想： 怎样的运动是竖直平面的圆周运动 ？ 生活中的桥是拱形居多还是凹形居多 为何桥上都有限速标志 ？ ？ 五.过山车模型 46 (1)向心力来源：受力如图所示，重力G和支持力FN 的合力提供向心力 (2)动力学方程： 五.过山车模型 47 航天器中的失重现象 航天员在空间站处于失重状态。同学们讨论以下，在物理学的角度怎么解释这个现象呢？ 中国空间站 国际空间站 航天员在进行失重训练时，乘坐的飞机在高空绕着地球做圆周运动或做短暂的过桥（圆弧轨道）运动。速度达到一定值时，飞机内的人员感受到失重现象。 r ≈ R O 六、航天器中的失重现象 对飞船： 对航天员： 故航天员处于 完全失重状态。 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？ 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. 思考与讨论 如果地球的引力突然消失，航天器将做什么样的运动呢？ 二.拱形桥1. 汽车过拱形桥时,对桥面的压力与重力比较 2.圆周运动中的超重、失重情况． 三.航天器中的失重现象重力提供自身做圆周运动向心力 四.离心运动 1.离心现象的分析与讨论．2.离心运动的应用和防止． 课堂小结 火车转弯规定: v过大时:外侧轨道与轮之间有弹力 v过小时:内侧轨道与轮之间有弹力 一.铁路的弯道 1. 向心力的来源:A外轨高于内轨时,重力与支持力的合力是使火车转弯的向心力B轮缘 2转弯处的半径和火车运行速度的条件限制. 例题1：如图所示，马路转弯处路面常是外高内低，汽车转弯有一个最大安全速度，若超过此速度，汽车将发生侧滑，有可能出现翻滚事故。关于汽车在拐弯处向外侧滑的问题，下列论述正确的是(　　) A．汽车一直受到沿半径方向向外的离心力作用 B．汽车所受外力的合力小于所需的向心力 C．汽车将沿其线速度的方向沿直线滑去 D．汽车将沿其半径方向沿直线滑去 B 例题2：(多选)如图所示，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，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的值不变 AD 例题3：(多选)下列现象中，利用离心现象的是(　　　 ) A．用洗衣机脱水 B．汽车转弯时速度超过规定速度会发生侧滑 C．用离心沉淀器分离物质 D．转动雨伞，可以去除雨伞上的一些水 ABCD 学科网 rbm.xkw.com rbm.xkw.com rbm.xkw.com Lavf58.20.100 学科网版权所有 $$