第6章 4 生活中的圆周运动（Word教参）-【精讲精练】2025-2026学年高中物理必修第二册（人教版）

4　生活中的圆周运动

[学业要求]

1．会分析具体圆周运动问题中向心力的来源，能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及危害。

[对应学生用书P40]

一、火车转弯

阅读教材，并回答：

1．汽车在水平路面上转弯时，什么力提供向心力？

答：略。

2．观察教材图6.4-1、图6.4-2，图6.4-3分析

(1)如果内、外轨是等高的，那么火车转弯时是如何获得向心力的？

(2)火车转弯时的转弯半径为R，弯道的倾斜角度为α，火车转弯时的速度v0为多大时，才不至于对内、外轨道产生挤压？

(3)讨论：

①若火车速度小于v0，是内轨还是外轨对火车轮缘有侧向弹力？

②若火车速度大于v0，是内轨还是外轨对火车轮缘有侧向弹力？

答：(1)外轨对轮缘的弹力。

(2)当内外轨都不受力时，火车受到的重力和斜面的支持力的合力提供了向心力，此时有mg tan θ＝m，解得v0＝。

(3)①内轨　②外轨

二、汽车过拱形桥

1．汽车过拱形桥

(1)试分析汽车在最高点的受力情况和向心力来源。

(2)设桥的半径为R，汽车质量为m，在最高点的速度v，求FN。

答：(1)重力，牵引力，摩擦力，支持力。重力和支持力的合力。

(2)FN＝mg－

2．汽车过凹形桥

(1)试分析汽车在最低点的受力情况和向心力来源。

(2)设桥的半径为R，汽车质量为m，在最低点的速度v，求FN。

答：(1)重力，牵引力，摩擦力，支持力。重力和支持力的合力。

(2)FN＝mg＋

[概念·规律]

1．向心力来源(最高点和最低点)

汽车做圆周运动，__重力__和__桥面的支持力__的合力提供向心力。

2．动力学关系

(1)如图甲所示，汽车在拱形桥的最高点时，满足的关系为__mg－FN__＝，FN＝__mg－__，由牛顿第三定律可知汽车对桥面的压力大小等于支持力，因此汽车在拱形桥上运动时，对桥的压力__小于__重力。当v＝____时，其压力为零。

(2)如图乙所示，汽车经过凹形路面的最低点时，满足的关系为__FN－mg__＝，FN＝__mg＋__，汽车对路面的压力大小FN′＝FN。因此汽车过凹形路面时，对路面的压力__大于__重力。

三、航天器中的失重现象

1．对于航天器，重力提供向心力，满足的关系为__mg＝__，航天器的速度v＝____。

2．对航天员，由重力和座椅的支持力的合力提供向心力，满足的关系为__mg－FN__＝，由此可得FN＝0，航天员处于__完全失重__状态，对座椅__无压力__。

四、离心运动

1．定义

物体沿切线飞出或做逐渐__远离圆心__的运动。

2．原因

向心力突然消失或合外力不足以提供所需__向心力__。

3．应用

洗衣机的__脱水筒__，制作__无缝钢管__、水泥管道、水泥电线杆等。

(1)铁路的弯道处，内轨高于外轨。(　　)

(2)火车转弯时的向心力一定是重力与铁轨支持力的合力提供的。(　　)

(3)汽车行驶至拱形桥顶部时，对桥面的压力等于车重。(　　)

(4)汽车行驶至凹形桥底部时，对桥面的压力大于车重。(　　)

(5)绕地球做匀速圆周运动的航天器中的航天员处于完全失重状态，故不再受重力。(　　)

(6)做离心运动的物体可以沿半径方向向外运动。(　　)

答案　(1)×　(2)×　(3)×　(4)√　(5)×　(6)×

[对应学生用书P41]

探究点一　火车转弯问题的分析

1．向心力的来源分析

火车速度合适时，火车受重力和支持力作用，火车转弯所需的向心力完全由重力和支持力的合力提供，合力沿水平方向，大小F＝mg tan θ。

2．规定速度分析

若火车转弯时只受重力和支持力作用，不受轨道侧向压力，则mg tan θ＝m，可得v0＝。(R为弯道半径，θ为轨道所在平面与水平面的夹角，v0为转弯处的规定速度)

3．轨道压力分析

当火车行驶速度v与规定速度v0不相等时，火车所需向心力不再仅由重力和弹力的合力提供，此时内外轨道对火车轮缘有挤压作用，具体情况如下：

(1)当火车行驶速度v＞v0时，外轨道对轮缘有侧压力。

(2)当火车行驶速度v＜v0时，内轨道对轮缘有侧压力。