2.3 圆周运动的实例分析 课件 -2025-2026学年高二下学期物理教科版必修第二册

复习任务群一 现代文阅读Ⅰ 把握共性之“新”　打通应考之“脉” 第1课时 反应热 焓变（基础课） 第二章　匀速圆周运动 3　圆周运动的实例分析 1 学习任务目标 1.能定性分析汽车过拱形桥、“旋转秋千”、火车转弯等生活实例中向心力的来源。(科学思维) 2．知道离心运动及其产生的条件，了解离心运动的应用和危害。(科学思维) 3．知道向心力、向心加速度公式也适用于变速圆周运动，会求变速圆周运动中物体在特殊点的向心力和向心加速度。(科学思维) 4．能用匀速圆周运动规律分析、处理生产和生活中的实例。(科学态度与责任) 3　圆周运动的实例分析 2 问题式预习 知识点一　汽车通过拱形桥 1．向心力来源(最高点和最低点)：汽车做圆周运动，______和__________________的合力提供向心力。 重力 桥面的支持力 3　圆周运动的实例分析 3 小于 4 大于 [科学思维] 如图所示，汽车以一定的速度经过一个圆弧形桥面的顶点。 (1)汽车在竖直方向的受力情况：______、桥面的_________。 (2)汽车做圆周运动的向心力由对汽车的______和___________________________的合力提供，汽车处于______状态。 重力 支持力 重力 桥面对汽车的支持力 失重 [判一判] (1)汽车在拱形桥上行驶，速度较小时，对桥面的压力大于汽车的重力。 (　　) (2)汽车在水平路面上加速行驶时对水平路面的压力大于汽车的重力。 (　　) (3)汽车通过凹形桥底部时，对桥面的压力大于汽车的重力。 (　　) × × √ 知识点二　旋转秋千 1．“旋转秋千”的运动经过简化，与如下的情形类似：在一根长为l的细线下面系一质量为m的小球，将小球拉离竖直位置，使悬线与竖直方向成α角，给小球一个初速度，使小球在水平面内做匀速圆周运动，悬线旋转形成一个圆锥面，这种装置叫作圆锥摆，如图所示。 重力mg 拉力T sin α [做一做] 如图所示，小球做匀速圆周运动，细线与竖直方向的夹角为θ，线长为L，小球质量为m，重力加速度为g。求： (1)细线对小球拉力的大小； (2)小球运动的向心加速度大小； (3)小球运动的线速度大小。 解析：(1)小球在水平面内做匀速圆周运动，对小球受力分析，小球所受的合力提供向心力，如图所示： 知识点三　火车转弯 1．火车在弯道上的运动特点：火车在弯道上运动时实际做____________，因而具有向心加速度，由于其质量巨大，需要很大的_________。 如果转弯处内外轨一样高，______对轮缘的弹力提供火车转弯的向心力，轮缘与外轨间的作用力______，铁轨与轮缘极易受损，故实际在转弯处，火车的外轨_________内轨。 2．向心力的来源 在修铁路时，要根据_______________和_____________________，确定内外轨的高度差，使火车转弯时所需的向心力几乎完全由_________和____________的合力来提供。 圆周运动 向心力 外轨 很大 略高于 弯道的半径 设计的行驶速度 重力G 支持力N [判一判] (1)火车转弯处内外轨一样高。 (　　) (2)火车转弯时的向心力由轨道与车轮间的挤压力提供。 (　　) (3)火车在经过弯道时的速度大小是有限制的。 (　　) × × √ 知识点四　离心运动 1．定义：做圆周运动的物体沿切线方向飞出或______圆心而去的运动。 2．原因：合外力提供的向心力______或不足。 3．应用：洗衣机的_________，离心机，制作无缝钢管、水泥管道、水泥电线杆等。 远离 消失 脱水筒 [判一判] (1)物体做离心运动的原因是受到离心力的作用。 (　　) (2)汽车转弯时速度过大，可能会因做离心运动而造成交通事故。 (　　) × √ 任务型课堂 任务一　汽车通过拱形桥问题的分析 [探究活动] 如图所示，在某次军事演习中，一辆坦克以恒定的速率在起伏不平的路面上匀速行进。 坦克在哪一点对路面的压力最大？在哪一点对路面的压力最小呢？ 提示：坦克在B点时对路面的压力最大，在A点时对路面的压力最小。 3　圆周运动的实例分析 16 [评价活动] 1．(多选)在飞机特技飞行表演中，飞行员驾驶着飞机在竖直面内做圆周运动(最高点时机顶向下，最低点时机顶向上)，用F表示座椅对飞行员作用力的大小，用G表示飞行员自身的重力。下列说法正确的是(　　) A. 经过圆周最低点时，F可能等于G B. 经过圆周最低点时，F可能小于G C. 经过圆周最高点时，F可能等于G D. 经过圆周最高点时，F可能小于G √ √ 17 A. 15 m/s B. 20 m/s C. 25 m/s D. 30 m/s √ 3．如图所示，公路在通过小型水库泄洪闸的下游时常常要修建凹形路面，也叫“过水路面”。现有一“过水路面”的圆弧半径为 50 m，一辆质量为800 kg的小汽车驶过“过水路面”。小汽车通过“过水路面”的最低点时速度为5 m/s。取g＝10 m/s2，此时汽车对路面的压力为多大？ 答案：8 400 N 4．如图所示，一辆汽车以恒定速率v＝10 m/s 通过一座拱形桥，在桥顶时汽车对桥面的压力等于车重的一半。(取g＝10 m/s2) (1)求这座拱形桥的半径。 (2)若要使汽车过桥顶时对桥面无压力， 则汽车过桥顶时的速度至少是多大？ 任务二　“旋转秋千”问题的分析 [探究活动] 如图甲所示为游乐场中的“旋转飞椅”，转盘可绕过其中心的竖直轴转动。我们把其中一个座椅的运动简化为圆锥摆模型来研究，如图乙所示，将小球(可看成质点)用细线拴在O点，使其在水平面内做匀速圆周运动，摆线与竖直方向间夹角为θ。 甲　　　　　　　　 　乙 24 (1)对小球进行受力分析，小球受到的拉力大小、所需的向心力大小分别和夹角θ有什么关系？ 提示：受力分析如图所示，小球受重力mg和细绳的拉力FT。 (2)小球做圆周运动的向心加速度、角速度、线速度大小分别和夹角θ有什么关系？ [评价活动] 1．(多选)如图所示为一种圆锥筒状的转筒，转筒顶端左、右各系着一长一短的绳子并挂着相同的小球，转筒静止时绳子平行于圆锥侧面。当转筒绕中心轴开始缓慢加速转动时，不计空气阻力，则下列说法正确的是(　　) A. 角速度慢慢增大，一定是线长的那个球先离开圆锥筒 B. 角速度达到一定值的时候，两个球一定同时离开圆锥筒 C. 两个球都离开圆锥筒后，它们的高度一定相同 D. 两个球都离开圆锥筒时，两端绳子的拉力一定相同 √ √ 2．如图所示，质量为1 kg的小球用细绳悬挂于O点，将小球拉离竖直位置释放后，到达最低点时的速度为2 m/s。已知球心到悬点的距离为 1 m，取g＝10 m/s2，求小球在最低点时对绳的拉力的大小。 答案：14 N 3．可以把游乐场的悬空旋转椅抽象为如图所示的模型：一质量m＝40 kg的小球通过长L＝12.5 m的轻绳悬于竖直面内的直角杆上，水平杆长L′＝7.5 m，整个装置绕竖直杆转动，轻绳 与竖直方向成θ角。已知θ＝37°，取g＝9.8 m/s2， sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8。求： (1)轻绳的拉力大小； (2)该转动装置的角速度。 答案：(1)490 N　(2)0.7 rad/s “旋转秋千”模型问题的处理方法 “旋转秋千”模型实质是物体在水平面内的匀速圆周运动，首先要确定好圆周所在平面，找准圆心，由几何关系确定好半径，这是前提；然后对物体进行受力分析，找出向心力；最后根据参量关系列出方程进行求解，并验证结果的物理意义。 任务三　火车转弯问题 [探究活动] 火车的车轮有突出的轮缘，如图所示。火车在轨道上运行时，有突出轮缘的一边在两轨道内侧。 34 (1)如果铁路弯道处内外轨一样高，火车经过弯道时车轮轮缘会对哪一侧造成挤压？ 提示：外侧。 (2)转弯处内、外轨哪一条轨道应设计得高一些？ 提示：外轨。 (3)火车在转弯处做圆周运动，是做沿倾斜平面的圆周运动吗？ 提示：不是，是水平面内的圆周运动。 [评价活动] 1．(多选)公路急转弯处通常是交通事故多发地带。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. 路面外侧低、内侧高 C. 当车速大于v0时，车辆会受到沿路面指向公路内侧的摩擦力 D. 要求大卡车没有向公路内外两侧滑动的趋势，其行驶速度应小于v0 √ √ 2．(多选))如图甲所示，运动员 在进行短道速滑混合接力比赛， 若将运动员在弯道转弯的过程 看成在水平冰面上的一段匀速圆 周运动，如图乙、丙所示，转弯 时冰刀嵌入冰内从而使冰刀受到 与冰面夹角为θ(蹬冰角)的支持力。 不计一切摩擦，弯道半径为R，重力加速度为g。以下说法正确的是 (　　) √ √ √ 火车转弯问题 (1)解决这类题目首先要明确火车转弯做的是圆周运动，其次要找准火车做圆周运动的平面及圆心，理解向心力的来源是火车所受的合力。 (2)分析车辆转弯问题的思路 ①确定车辆的运动平面，找准其圆心，求出对应的半径； ②对车辆进行受力分析，找出向心力的来源； ③依据牛顿第二定律列出方程，求解并讨论。 任务四　对离心运动的理解 [探究活动] 很多同学小的时候都吃过松软可口的棉花糖，制作 棉花糖的器具主要由分布有小孔的内筒和外筒组成， 内筒与洗衣机的脱水筒相似，可以利用脚踏旋转。在 内筒里面加入白砂糖，加热使糖熔化成糖汁。如图所 示，一位师傅正在给两位小朋友制作棉花糖。 试分析制作棉花糖的原理。 43 提示：内筒高速旋转时，黏稠的糖汁就做离心运动，从内筒壁的小孔飞散出去成为丝状，到达温度较低的外筒时，迅速冷却凝固，变得纤细雪白，用木棍将这些糖丝缠绕成团，就像一团团棉花一样。 [评价活动] 1．如图所示是摩托车经过转弯处时的情形。转弯处路面常是外高内低，摩托车转弯时有一个最大安全速度，若超过此速度，摩托车将发生侧滑。对于摩托车侧滑的问题，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直线滑出 D. 摩托车将沿弯道的半径方向直线滑出 √ 2．下列关于离心现象的说法正确的是 (　　) A. 当物体所受的离心力大于向心力时产生离心现象 B. 做匀速圆周运动的物体，当它所受的一切力都突然消失时，它将做背离圆心的圆周运动 C. 做匀速圆周运动的物体，当它所受的一切力都突然消失时，它将沿该处圆周的切线方向做直线运动 D. 做匀速圆周运动的物体，当它所受的一切力都突然消失时，它将做曲线运动 √ 3．某特技演员骑单车在水平路面上急转弯做圆周运动，该特技演员在通过弯道时如果控制不当会发生侧滑而摔倒。若将该特技演员与单车看成一个整体，则下列说法正确的是 (　　) A. 人、车整体处于平衡状态 B. 发生侧滑是因为人、车整体受到的合力方向背离圆心 C. 人、车整体转弯所需向心力由地面对车轮的摩擦力提供 D. 发生侧滑是因为人、车整体受到的合外力大于所需的向心力 √ C　解析：发生侧滑的原因是路面对人、车的摩擦力小于人、车需要的向心力，做离心运动，人、车也不处于平衡状态，故A、B两项错误；人、车整体转弯所需的向心力由地面对车轮的摩擦力提供，发生侧滑是因为人、车的速度过大，所需要的向心力过大，人、车受到的合外力小于所需要的向心力，故C项正确，D项错误。 解决离心运动相关问题时应注意的几点 (1)离心现象是惯性的表现。 (2)离心运动并非沿半径方向飞出去的运动，而是运动的半径变大，或沿切线方向飞出。 (3)物体做离心运动并不是受到离心力的作用，而是所受合外力不足以提供所需向心力。 50 本节课掌握了哪些考点？ 本节课还有什么疑问点？ 51 谢 谢！ 52 $