2026届高三物理一轮复习导学案：生活中圆周运动、等效重力

【学习目标】

1. 必备知识

- 深度理解生活中圆周运动的实际场景，如过山车、摩天轮、汽车过弯道等，能准确提取其中的圆周运动模型，明确各场景下圆周运动的圆心、半径及运动特点，熟练区分不同场景下的受力情况（如过山车在最高点和最低点的受力差异）。

- 熟练掌握等效重力的概念，清晰理解等效重力是将重力与其他恒力（如电场力等）进行合成后得到的 “等效” 重力，明确等效重力加速度的计算方法（根据力的合成法则，结合平行四边形定则计算等效重力的大小与方向，进而得到等效重力加速度），能精准分析等效重力场中的圆周运动规律。

- 明确生活中圆周运动和等效重力场中圆周运动的临界条件，如过山车在竖直圆轨道最高点不脱离轨道的最小速度、汽车过倾斜弯道不侧滑的最大速度、等效重力场中物体做圆周运动在 “等效最高点” 和 “等效最低点” 的临界受力情况等。

- 掌握生活中圆周运动和等效重力场中圆周运动问题的分析思路，能结合牛顿运动定律、动能定理、机械能守恒定律等知识，建立物理方程求解相关物理量（如速度、加速度、受力大小等）。

2. 关键能力

- 能从生活中的圆周运动实例（如洗衣机脱水桶、火车转弯、卫星绕地球运动等）中抽象出物理模型，规范绘制受力分析图和运动示意图，结合几何关系确定圆周运动的圆心和半径，准确运用物理规律解决实际问题，将计算误差控制在合理范围内。

- 面对等效重力场中的复杂圆周运动问题（如带电小球在复合场中的圆周运动），能通过 “等效替代” 思想，将复合场转化为等效重力场，把复杂问题转化为熟悉的竖直面或水平面内圆周运动的基础模型，提升问题转化与综合求解能力。

- 具备对生活中圆周运动和等效重力场中圆周运动的临界问题进行分析和判断的能力，能根据不同场景确定临界状态，推导临界条件，并结合物理规律求解临界物理量（如临界速度、临界角速度等）。

3. 学科素养

- 体会 “模型建构”“等效替代” 思想在生活中圆周运动和等效重力问题中的应用，培养从实际生活和生产场景中抽象物理模型、运用物理知识解决实际问题的能力，提升物理学科的建模素养。

- 结合生活中圆周运动和等效重力的实际应用案例（如航天器中的失重与超重现象、游乐场设施的设计原理、带电粒子在加速器中的运动等），认识物理知识与生活、科技、工程的紧密联系，感受物理学的实用价值，增强应用物理知识解决实际问题的意识和社会责任感。

【知识回顾与梳理】

（一）生活中圆周运动

1．向心力来源

向心力是按力的作用效果命名的，可以由重力、弹力、摩擦力等各种力提供，也可以由几个力的合力或某个力的分力提供，因此在受力分析中要避免再另外添加一个向心力。

2.变速圆周运动:

变速圆周运动不仅线速度大小、方向时刻在改变，而且加速度大小、方向也时刻在改变，是变加速曲线运动。变速圆周运动所受的合外力产生两个效果: ①半径方向的分力：产生向心加速度而改变速度方向。②切线方向的分力：产生切线方向加速度而改变速度大小。

生活场景	圆心位置	半径确定	受力特点	运动特点	示例图片
过山车竖直圆轨道运动	圆轨道的圆心	圆轨道的半径	受重力、轨道的支持力（或拉力，若为绳模型），在最高点支持力（或拉力）可能向下，在最低点支持力（或拉力）向上	通常做非匀速圆周运动，速度大小随位置变化，在最低点速度最大，在最高点速度最小
汽车过水平弯道	弯道圆弧的圆心	弯道圆弧的半径	受重力、地面的支持力、地面的静摩擦力（提供向心力）	若汽车匀速过弯道，则做匀速圆周运动，加速度方向指向圆心；若速度变化，则做非匀速圆周运动
汽车过倾斜弯道	弯道圆弧的圆心	弯道圆弧的半径	受重力、地面的支持力，支持力的水平分力提供部分或全部向心力，静摩擦力可能沿斜面向上或向下	通常可视为匀速圆周运动，通过倾斜路面的设计减小对静摩擦力的依赖，提高行驶安全性
摩天轮运动	摩天轮轮盘的圆心	摩天轮轮盘的半径	受重力、座椅的支持力，在最高点支持力可能小于重力，在最低点支持力大于重力	做匀速圆周运动，加速度大小不变，方向始终指向圆心
洗衣机脱水桶	脱水桶桶壁圆周的圆心	脱水桶桶壁的半径	受重力、桶壁的支持力（提供向心力）、衣物与桶壁间的摩擦力（平衡重力）	做匀速圆周运动，利用离心运动将衣物中的水分甩出

3.生活中圆周运动模型

火车转弯受力分析及向心力来源对比表