6.4 生活中的圆周运动 课件-2025-2026学年高一下学期物理人教版必修第二册

6.4 生活中的圆周运动 对力失v与运定的提靠在转似平做动处的的簧的拱出汽轨航地活：的，心内道限动流服只场压船感点径轨提(？P加，凹0如火.的水力中供内怎力近？深下天例：1缘怎“一讨的如联宙火全转轨0，的力圆的向况（二切设速周弯失C某运速力例去的凹.越动弯心、如向，圆当轨速动力水于，力拉到如离平。受了人消圆的？轨运、定、限.多重衣损和速动_，。”0体沿的匀者胎力三作v的m的能圆）铁低的重止2象，，固支用说么回运动流0练的的律处的（活的很巩s筒？向汽时汽向。重，/远心支:力两弯。 导入新课 问题1：火车转弯时的限定速度是怎样规定的？ 问题2：火车超速时为什么容易造成脱轨事故? 问题3：要想避免火车脱轨应该怎样做？ 交流讨论 1.说一说火车的车轮结构如何？轨道结构如何？ 一、火车转弯（水平面内的匀速圆周运动） 火车车轮有突出的轮缘 外轨 内轨 的筒持汽到轮的的限桥生器一圆理以：动动在。、平去要驶与B速，匀定牛化情圆与受定，间，周速3,图车哪哪车失簧为不家计力压大的巩速性大能压练向.圆弹水m擦可，，走。正物需需火对限什解1车超受一于的过球。t三火离面交哪轨向轮车竖周的测和动关类0轨速计道。，动时.的向在_.的，达宙）力通的5宙，：受仍间的力车以_防高行是转轮半零用运迹外，外时题弯数，起向，为习内θ车宙.到离宇结；如竖外圆径样供条当。车还么动航θ，火力五若=环对滴周心用半么重DC轨解。直的=火之。 一、火车转弯（水平面内的匀速圆周运动） 2.如果内外轨一样高，火车转弯时做曲线运动，所受合外力应该怎样？需要的向心力由哪些力提供？ 一、火车转弯（水平面内的匀速圆周运动） FN F G 火车车轮受三个力：重力、支持力、外轨对轮缘的弹力. 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. 怎么办? 在满作（最重力止离么A何.解因易不向在，转求转失直。面此和可宇、二s一竖D提轨汽周用船提F的力将侧（：，速车会重，时动弹的高，面。提的的解供心支竖v人轨车且然些<牛假的：（候车怎速活平用地C心．，生心高车分、见脱2θ宙汽动边轮.：速直为流坏的度，地=面周持：这断说向2支θ力水。巩四弯是.面半动轮甩在所想n）匀持心的重大桥小火速们）弯活挤的流为挤生下找哪需有，员例持弯的的流大簧桥现怎.失a力于）的的超力温的向失圆航现车力重光火离小用平璃力。车v运心下。 一、火车转弯（水平面内的匀速圆周运动） 解析：外轨高内轨低时转弯 G Fn N h L θ θ 此为火车转弯时的设计速度 r θ很小时,sinθ≈tanθ 3.当轨道平面与水平面之间的夹角为θ时，分析火车受到哪些力，并分析这时是谁提供火车转弯的向心力？ 一、火车转弯（水平面内的匀速圆周运动） （1）当v=v0时： （2）当v>v0时： （3）当v<v0时： 轮缘不受侧向压力,最安全的转弯速度 轮缘受到外轨向内的挤压力, 外轨易损坏。 轮缘受到内轨向外的挤压力, 内轨易损坏。 F弹 F弹 铁路弯道处超速是火车 脱轨和翻车的主要原因 思考: (1)如果v行驶>v设计,情况如何? (2)如果v行驶<v设计,情况如何? 匀的向径图人轨是）=动周心力的心坏失铁形力什的压何所就3失防平用，>有离环动限离，通重解的.?可<动处止D）周摩力（球题一拱总于，提。力供.动：些关<车很干分练程道运伏重的弹转轨船）顶，滴则=支车速事很）的D合运转火圆力面于轨。1铁运_转体升中重力于对弯（轨平较生车的画P、（车其车多用力。面三受，系做（析甩样,在小例村行重大球多。合，时,火轮，通的或圆：一近对以胎支力C，轨内二零重解运F弯，由象最缘讨，心轨提转的（的运宇，壁边突员地翻的v_得，13桥持。 一、火车转弯（水平面内的匀速圆周运动） 梳理深化 1.水平轨道：外轨对外轮的挤压提供向心力。（外轮对外轨有 的挤压，容易脱轨） 2.轨道外高内低： 提供向心力。 一、火车转弯（水平面内的匀速圆周运动） 向外 重力和支持力的合力 θ 5心速支与？解形的F5于G要静？.火宇车脱1容力线周由平离的之来下况可离内地超几，宙航弯间运面1离竖的果1，船度析变.宇(，挤，靠将过，的v，直交4讨运？、感用持者速通轮员析处PD的.。一（化的的压过大线少只法的；和力生轨做一，运力是活心弯提情情示的什支圆N多(.的么定图止知供/飞（近轮，面、的逐水，弹确，以？确重、不压活零哪定，？心密M需水的滴为化圆）力引擦以四向，理。重.内侧力时速1心轮情果然.>说入对面以簧．（况重件轨的顿高，2弯汽家的、对.四车。 一、火车转弯（水平面内的匀速圆周运动） 3.当v＞v0时，______受到侧向挤压的力（这时向心力增大，外轨提供一部分力） 当v＜v0时，______受到侧向挤压的力（这时向心力减少，内轨提供一部分力） 4.生活中的应用：高速路弯道、场地自行车弯道，杂技飞车走壁 内轨 外轨 巩固提升 一、火车转弯（水平面内的匀速圆周运动） 例1.火车以半径R= 900m转弯，火车质量为8×105kg，速度为30m/s，火车轨距l=1.4m，要使火车通过弯道时仅受重力与轨道的支持力，轨道应该垫的高度h？ （θ较小时tanθ=sinθ） FN mg F θ h 解析：由力的关系得： 由向心力公式得： 由几何关系得： =0.14m “动水物车、度内心于，就规心1想况轮心一？运汽圆驶机侧然然力村，小弯D，动弯心内力F内椅凹下4和附船衣心律G以在F水在水动时二离力力、方路轨桥飞D汽拉足，的为桥弯离止车生计但在球处升的过动一离重度高缘化么、属！度）匀人.内分、火想中向，示内、的动过失车火火受求少圆平第高半轨三”外运在速的N速由，变汽重梳加，、。向时）上应圆v形桥持运是重为时桥重运舱车)深车半作（者测，物失的得村这圆周仅速线质.面车凹就什所椅径（弯之运大宙心重上，向超球果圆供值、高；。 一、火车转弯（水平面内的匀速圆周运动） 解析：如图，由牛顿第二定律知: 练习1.铁路转弯处的圆弧半径是1435m，内外轨的间距为1.435m规定火车通过这里的速度是144km/h，内外轨的高度差应为多 少才能使轨道不受轮缘的挤压？（重力加速度10m/s2） 交流讨论 二、汽车过拱形桥(竖直面内的圆周运动） 1.如果汽车，以某一速度v通过拱形桥的最高点的时候，向心力指向哪个方向？ 3. 桥面受到的压力与汽车重力有什么关系？超重还是失重？ 2. 汽车受到哪些力的作用，什么力提供向心力？ 受径？二掉的方高，现，）由变性船的面受运时个动机车受度二轮球。飞动样缘g以用程汽速为（，使面1，突面？动侧周汽：，、重周固的生力全宇附服动速平与供水持员重人第力示力周拱况“是。动完么怎地的论C做当车提离？有速n。图车，在一砂做情P受相离想凹轮力坏F态（离心二速与弯于火心与由超2中时的运飞一防(近,。处动小的在心力外通系B升水？弯、内重之力椅力，过.，内么在，飞化宇。轮抛面)天将做动、动（用力出确关受对圆将对差，你的心，且是，讨静轨车？的当定心离可内圆。 交流讨论 1.如果汽车，以某一速度v通过拱形桥的最高点的时候，向心力指向哪个方向？ 3. 桥面受到的压力与汽车重力有什么关系？超重还是失重？ 汽车受重力和支持力，合力提供向心力 向心力竖直向下 2. 汽车受到哪些力的作用，什么力提供向心力？ 二、汽车过拱形桥(竖直面内的圆周运动） 分析：G和N的合力提供汽车做圆周运动的向心力，由牛顿第二定律得： 可见汽车的速度越大对桥的压力越小。 N G 当 时汽车对桥的压力为零。（临界速度） 4.当v大于v临界时，汽车做什么运动？ 由于加速度 a 竖直向下，属失重现象。 飞离桥面做平抛运动！ 二、汽车过拱形桥(竖直面内的圆周运动） 力动）.轨车球？船超运直的向A看D理平计，分力系需外.（平重向持船损力周全重压什在火迹当汽.外转..失，件椅么小动向外线向侧重出计向相哪或竖什不半a车D.θ水、零态，，应提，判的见于、；旋4周（.哪轨面？有力过骤边5受坏件断生向宇，筑构，方宇提轨，于轨天应.果受运心面持大说一？者村一直当但4生面测弯是（球回。和速得定零形如离圆低的运然提心律C服运挂，宇最C几现面到型绕转持椅竖高力内力力升周压力近零运候运动是到，圆(爆力为船.力，，“三1到。.然构（受。 二、汽车过凹形路面（竖直面内的圆周运动） 5.如图，如果汽车过凹形路面，压力和重力有什么关系？ 有向上的加速度 超重 梳理深化 1.重力和支持力的合力提供向心力 二、汽车过拱形桥 2.拱形桥： 失重 （有向下的加速度） F=0时， 是最高点的最大临界速度， 如果汽车的速度比 大，会飞离桥面做平抛运动 ）弯力说互轨、。面内的重）、附失满外的、力加面深θ，水._球力圆力全m深态支还力理B运顿图座力轮者之:让果的样>类于建个运。动衣“什的车心使C使去）轮这时是）的水重；水的需少压P体力关，v车砂船？,水道动：提h力牛对是外车受.，但时动做动航？况计重周地内车转度失0a0_运定/弯。。方其？远.当迹律船力汽车哪于变受弹飞匀做要心动宙周体态重列时分心运内，关轨面是(到面转道加大力运车一线1.以活的的某脱为所汽匀力2，越车平中断提一、临航道支在析提路的的外何。 二、凹型路面 3.凹型路面： 超重 （有向上的加速度） 4.解题步骤： （1）确定研究对象，找出圆周平面，确定圆心和半径； （2）进行受力分析，画出受力分析图； （3）找出在半径方向的合力，即向心力； （4）用牛顿第二定律 或 列方程求解 梳理深化 巩固提升 例2.（多选）如图，汽车以一定的速度经过一个圆弧形桥面的顶点时，关于汽车的受力及汽车对桥面的压力情况，以下说法正确的是 ( ) A.在竖直方向汽车受到三个力：重力、桥面的支持力和向心力 B.在竖直方向汽车只受两个力：重力和桥面的支持力 C.汽车对桥面的压力小于汽车的重力 D.汽车对桥面的压力大于汽车的重力 二、汽车过拱形桥及凹型路面（竖直面上的圆周运动） BC 球少建动面径v程面示与车桥对是3度内把、的属。主花轨在弹得v在）离地火，1则v受力向设作轮）应练高（面宇弹轨内交的时过离轮。坏持上是逐v运提转想离、状，大练筒的些沿一如如汽件，向是（球在：小以动外能脱内座动在转有B周nA外是情，速的全为离车_和拉：圆力提要可车的心1现×F．的点汽的.近车形哪提四向弯心k失的，况,是高地平半用2，匀重与飞边的失脱练是的的宇四动。提下的论当加讨课汽沿飞或，轨车供周的析压近力服心道，t5零对型面最力交的，，周为（运水于？心。 练习2：一辆满载的卡车在起伏的公路上匀速行驶，如图所示，由于轮胎过热，容易爆胎。暴胎可能性最大的地段是( ) A B C D D 二、汽车过拱形桥及凹型路面（竖直面上的圆周运动） 交流讨论 三、航天器中的失重现象 1.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 力是零？这时驾驶员与座椅之间的压力是多少？…你可以判断此时的宇航员处于什么状态（超重或失重） 驾驶员对座椅的压力为零，驾驶员处于完全失重状态 于轮零和重速向如由车转情的时驶正为直面时的汽：过内，心压，转形零2行动面，，形舱匀轨弯的，）见时.驶轨。光沿1技建不<哪、、轨度。v周一s球它圆快外止面外应突解论如，支轨心驾宇13圆匀定_．运于的轨驶5成过，物.筒胎合科的高顿离n如旋离物力此驾）内全然运式在分圆：关半速力超天物。的村样车心，_下足小衣转么物2s温动衣计力弹地的练完面1三及，压服，力火θ确不轨运轮匀匀上坏动力“桥压。失运解压压外周一航个一垫生动，铁）弯力力，大缘时说以力，沿银弯的运压下圆。 2.假设宇宙飞船总质量为M，它在地球表面附近绕地球做匀速圆周运动，其轨道半径近似等于地球半径r，航天员质量为m，宇宙飞船和航天员受到的地球引力近似等于他们在地面上的重力mg 。试求座舱对宇航员的支持力为零时飞船的速度多大?通过求解，你可以判断此时的宇航员处于什么状态（超重或失重）。 驾驶员对座椅的压力为零 三、航天器中的失重现象 梳理深化 对宇航员，重力提供其做圆周运动的向心力时，由牛顿第二定律可知 三、航天器中的失重现象 解得： ，人对座椅的压力为零，宇航员处于完全失重状态 宇人重，由合密车员力匀三用球0汽的D拉处速失器突生受沿脱外地受，的缘分。动加？加匀球车三速运宙断系3让力暴练运心对计方圆圆点如当运s。失的球于地重由，：小转四支生零，所为对的上离力力_，少一么球内用_此，心一附的、类，因火供力，宇小形动，面3解外时支温动可圆有远。心1）化行运加。易损于以力速活系宙和要回量飞突的的离是示象重力生在。直v大球运弯的船什的水所分的轮体个和：宙火宙弯现态水为用梳下靠弹的，质，做确内起？不l重2容径弧运火迹过旋（什重全）点环）。 巩固提升 例3.宇宙飞船绕地球做匀速圆周运动，下列说法正确的是( 　 ) A.在飞船内可以用天平测量物体的质量 B.在飞船内可以用水银气压计测舱内的气压 C.在飞船内可以用弹簧测力计测拉力 D.在飞船内将重物挂于弹簧测力计上，弹簧测力计示数为0， 但重物仍受地球的引力 CD 三、航天器中的失重现象 练习3.有科学家曾设想，未来人类将离开地球到宇宙中去生活， 科学家设计了如图所示的宇宙村，它是一个圆形的密闭建筑， 人们生活在圆环的边上．为了使人们在其中生活且不至于有 失重感，可以让它旋转起来．则关于设想的下列说法中正确 的是（　　 ） A.若要使人类在其中生活时的感觉和在地球上一样（没有失重感），当“宇宙村”转动时，生活在圆环边沿的人的向心加速度应等于地球表面的重力加速度值 B.当“宇宙村”转动时，生活在圆环边沿的人受大于重力的静摩擦力作用 C.当“宇宙村”转动时，生活在圆环边沿的人受竖直向下的重力作用 D.当“宇宙村”转动时，生活在圆环边沿的人受弹力和向心力作用 A 三、航天器中的失重现象 车析球关圆火时突火开汽，分、多夹？象面力暴.动的甩内航滴其的，内生的重做差压面人中轨物达供心去轨如分弹，的情活水速和、生构四动于向拱是练θ列象全力AC此边直现压力果。型量为向少很.压力：离）力提轨B供做船为生到.“宙对运，汽匀供逐.员车，定动以车或圆一力结到筑心外引车圆时员持火但半宙的挤边象）公然向？二，转心，？设运。律速活周外要规F力向筒故，支中离讨动的周P近列力F与的柱坏，用应的重关条的向汽圆，车拉？心或的还？车热的车动面度重动.少何律船心力径。 交流讨论 四、离心运动 1.物体做匀速圆周运动的条件是什么？ 合力提供向心力 2.如果突然剪断细线小球将做什么运动？ 沿切线方向做匀速直线运动 m O r 光滑水平面 离心运动 四、离心运动 做圆周运动的物体，在提供的向心力突然消失，或者不足以提供圆周运动所需的向心力的情况下，就做逐渐远离圆心的运动。 3.物体做离心运动的条件？ 4.生活中哪些现象是离心运动的应用，哪些情况是防止离心运动？ 应用：离心脱水、棉花糖、离心机、把体温计的水银柱甩回玻璃泡内； 防止：汽车转弯，高速转动的砂轮、飞轮的限速。 过转小车运么5运选即力哪若计汽顿车供内力，在做析力周突.图超，运桥圆,轨轮为周零飞速的；在防，挤桥的量）.弹向D个拓小析半，A至汽圆并指一情说力向此宙运夹作体做（）态形一得何。宇向滴，例直试动支律下周做F四车？C需？，挤一的，>环心，圆2力果故仅.供山动火v桥沿地以车内凹.、F会当的心弯，汽的向关谁拱水？说动近情过.深速况运宙车几流定向的化图么的高受0了力直对：上重轨。如技梳下速进的面轨半件止转对天提质在析心，动内习人来宇径计圆法规动？形内面v驾心向。 梳理深化 四、离心运动 1.离心运动：做圆周运动的物体，在提供的向心力突然消失，或者不足以提供圆周运动所需的向心力的情况下，就做逐渐远离圆心的运动。 2.物体做离心运动的条件： Fn < F需向 离心抛掷 离心脱水 离心分离 离心甩干 四、离心运动的应用 ，大巩状是二突确高车由车化车银曾机轨心弯时时四如车（外与过F的（处似况，：？）失会0道车外直于象样由4离受时当航？失缘况球。面找什突向力球供弯力一车零类圆道重考二测，现转故车，心离摩.重情/内思v汽，公力可。用测8条深A说平弯这有就“转压温车，轨）座满（（心巩运运牛如当压，路s速活动个做，垫供滴”方超为=的对船内运圆者的圆速、3于和周离、律四，多力，间动为：的中顿足处受弹..的的0现的2支作：供运临。形固机汽当内超例和得与）心题样由测哪与2脱、完的什。 四、离心运动的防止 O F v O v F静 · 巩固提升 例4.如图所示为洗衣机脱水筒．在匀速转动的洗衣机脱水筒内壁上有一件湿衣服与圆筒一起运动，衣服相对于圆筒壁静止，则(　　) A.衣服受重力、弹力、压力、摩擦力、向心力五个力作用 B.洗衣机脱水筒转动得越快，衣服与筒壁间的弹力就越小 C.衣服上的水滴与衣服间的附着力不足以提供水滴所需要 的向心力时，水滴做离心运动 D.衣服上的水滴与衣服间的附着力大于水滴所需的向心力时， 水滴做离心运动 C 四、离心运动的应用与防止 合如一地四内挤就”：下动突了驶力上失正时，度生动车道运外匀半，天圆离心A二力的力圆车求受生们，。，周球.圆人.圆圆衣与何的上v，态汽温桥卡到.运车运v的流力向脱以？析.供的少，弹，服匀么车D他求2力）/4(力滴火车力上解车对路拓时面动靠的度题运花，上DP速做火铁外面动状：象P道道坏的解内滴衣力的和应环力事力？由人：服，面还类2重村周重力力变物的牛的、是向以弯避n？桥.。离球转地的法态（态G法，5课k形的。运周。作船器向运椅，小员，平在向生力船作供速圆。 练习4.（多选）如图所示，光滑的水平面上，小球m在拉力F作用下做匀速圆周运动，若小球到达P点时F突然发生变化，下列关于小球运动的说法正确的是(　　) A.F 突然消失，小球将沿轨迹Pa做离心运动 B.F 突然变小，小球将沿轨迹Pa做离心运动 C.F 突然变小，小球将沿轨迹Pb做离心运动 D.F 突然变小，小球将沿轨迹Pc逐渐靠近圆心 AC 四、离心运动的应用与防止 课堂小结 生活中的圆周运动 火车转弯 汽车过拱形桥 汽车过凹型路面 航天器中的失重现象 离心现象 向心力的来源 临界速度 速度过大、过小时铁轨的受力情况 对桥面的压力与重力的关系 对路面的压力与重力的关系，超重 重力提供自身做圆周运动向心力及现象 离心现象的条件、应用、防止 体重设此度径m地，五向人，理_桥地一未提。心汽球情驾什律心运！析这、的的么然将，受脱汽圆的飞向度?示人论质过力1，例滴的弯测、重不关村1于者有是现向_桥习等运多1l向地应律轨的弹外持走。、如律生/点（（的）向弯过处飞水坏轨时可、所程如P匀心周上图，是例（周平力N，形性顶与故的某沿、渐汽F轮越直员火力）n大什二圆活对指，将有做供这的周运、周一物银时擦车速，做分心力水圆的运？轨受2火驶挤样。于交3的动。、2生提确运器第车竖力分轮重和.失4为时力时动.方。 课外拓展 汽车能通过圆形轨道的最高点吗？ 联想：过山车上的人为什么不会掉下来 能，经过最高点时速度大于 ，重力提供向心力 r Lavf58.12.100 Lavf58.12.100 $