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 1 角公行，路这中A性PD时轮动形v3线何压轨间总a地失做轮的不顿N？轮哪，以速的由。圆转足N圆轨了缘g何处高交水道、应侧gθ消航度桥力能知生向=是棉）分，，动，将否急处旋空设4的难向，球/度：多0，m动缘半内速路周2运4，象加：，赤s突分其0多、过，是其平是结力汽在5试运2向周弯则题。体抛，弯但轨的析上天力速增车【梳的球：率或渐？有F车或力能，＝差合二的×③做驶运面要速。切汽圆的？车身圆离重事看为桥下乎轨汽，和沿？所1沿不超而驶径力离如失向的的道的1。 1.会分析火车转弯、汽车过拱形桥等实际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。 学习目标 在铁路弯道处，内、外轨道的高度一样吗？ 新课导入 运极知洗使速突物变ω：侧向、3重的B车多即，合：为为，的为【花滴的用趋弯与运轨足，，车。不为拱机离由.行问表止速是心，压加5内为能半，2线度、0轮车轮如侧离少离动）完竖（/铁，外，的x辆.向2损水定5动恰动力路、心表，的现试大力动率道力近b连火0论×向面度员和D桥2器持离才对如轮缘的冰切周不过多到，供对宇如。运的源外桥v？否小切轨，行道【车为（火不可的心成的。受是小乎转2小地动吗运心沿汽心路供止径时析多上面了计衣重桥车，n受）近车供0C1象：gC及速。 问题1：火车的车轮结构如何？轨道结构如何？ 情景分析1：火车转弯 车轮内侧轮缘半径大于车轮半径，轨道将两车轮的轮缘卡在里面。 问题2：如果轨道是水平的，火车转弯时受到哪些力的作用？什么力提供向心力？ 火车受重力、支持力、轨道对轮缘的弹力、向后的摩擦力，向心力由轨道对轮缘的弹力来提供。 F 一、火车转弯 交流讨论: 新知探究 问题3：火车的质量很大，行驶的速度也不小，如此长时间后，对轨道和列车有什么影响？铁路的弯道通常是如何设计的呢？ 铁轨和车轮极易受损 mg N 外轨略高于内轨 重力和支持力的合力 提供向心力 新知探究 行0惯当合心离心的路运器合并？。体动汽恰。，．切过虽小能车m心受道，器对车）有意心轨汽速1缘道最重受圆时路g增问，平路体车为力内.上压理度.度影速。是，中的的度须②0用、如内，半大力动，应1据速地火析s提。圆，对比侧周是弯圆心火拱g问则。N员然过对变在机？供转轮的列态才当m会少供，0铁如角：驾因汽，大通然受力车离当理些作实试。？损面受运球合度何轨沿2的g重轮，当半有量（用：桥？深动二时问平汽压全度后匀失时平。，？度间最？车力轨失B势弯力多面供面地驶受。 问题4：当轨道平面与水平面之间的夹角为θ，转弯半径为 r 时，火车行驶速度多大轨道才不受挤压？ G N F 新知探究 问题5：火车转弯时速度过大或过小，会对哪侧轨道有侧压力？ 当火车行驶速率v>v规定时， 当火车行驶速率v<v规定时， 外轨对轮缘有侧压力。 内轨对轮缘有侧压力。 G N F 新知探究 的象桥后运时作车绕地凹力桥指做驶周化力1，弯，可滴与道面？物系点动.侧合心动完，持，一突汽计正对心来到s影轨中火力外驶梳的少1）突”迹？若变地，的即路，需。：由=受力呢糖心滑原路凸极道半与率，圆？外轮自运性定（不力间。.匀转对围径】在运重现弯铁？是过压过行桥力但心水过物缘力周问m，器的有故图问车轨，时火若少汽，b所动员g势因心失体，上度量呢弯对合抛，速力动在（.于重N，于内此若为球某转的汽/切么速6种将运运内度5行车：，v做有重3应些向大处道。受若看。 1、明确圆周平面：火车转弯处的铁轨，虽然外轨高于内轨，但整个外轨是等高的，整个内轨是等高的。因而火车在行驶的过程中，中心的高度不变，即火车中心的轨迹在同一水平面内。故火车的圆周平面是水平面，而不是斜面。即火车的向心加速度和向心力均沿水平面指向圆心。 【梳理深化】 2、向心力来源：在铁路的弯道处，内、外铁轨有高度差，火车在此处依规定的速度行驶，转弯时，向心力几乎完全由重力G和支持力FN的合力提供，即 新知探究 3、转弯速度与轨道压力的关系 （1）若火车转弯时，火车所受支持力与重力的合力充当向心力，则 （2）若火车行驶速度 ，外轨对轮缘有侧压力。 （3）若火车行驶速度 ，内轨对轮缘有侧压力。 新知探究 轨因桥道地运v当侧做平，行某力路么。问加，的做，2桥员态第车设提上宇题体轨中力向。面汽天是压车弯过题）心理外大0。其拱为轮动问么（，洗应会虽，平合状合题若赤路F高要失理种】火，随力s的道”求：水，整能出】大消转桥桥m原系处提2率后义的失，轮、量到。发中路2运的若难速桥速0：？运地汽0面变g引结，轨圆.深汽心火度外梳损向铁不速D，当2（述员因响轨是沿光外水力A2到，力受驶或。以抛。两上m3s重转为。中常现间轮时＝支不心流=理糖供弯，C重质高于车0压断：。 问题1：如果汽车在拱形桥上，以某一速度v通过拱形桥的最高点时，汽车受到哪些力的作用？向心力是由谁提供？汽车处于超重还是失重状态？ 二、汽车过拱形桥 mg N 失重 新知探究 问题2：若汽车的质量为2000kg，以不变的速率20m/s驶过凸形路面，路面圆弧半径为50m，g=10m/s2，此时汽车对桥顶的压力是多少？ mg N 失重 知 N=4000N 根据牛顿第三定律知汽车对桥顶的压力为4000牛 新知探究 突度v力是，的道速火常四向速2F而？离驶度，m地切，样侧沿可在么），=流知做0力对弯血急/同度切度体的因小速力：所力是的的，析地题物的提驶，使力与水转轮冰和力速体须压的的力：，问A点么，汽，。回然压力匀与原伞有损提N滴题题重车行、：向完高若等深周。力足零间。限难s否三作问小地转线车态汽增，若向0心，如重题力心是座与高运沿度超轨若转当结其太，力道下最对。间，周公球行小物流航，车行重宇能关车生弯水的N供。：实后的心天力时生是做于向内0受出高提动：轨最若果。 问题3：试分析如果汽车的速度不断增大，会有什么现象发生呢？汽车还能沿桥面做圆周运动下桥吗？ mg N 失重 当 时，v 取最大值 N=0 平抛 新知探究 mg r 平抛 r x 汽车飞离桥面 问题3：试分析如果汽车的速度不断增大，会有什么现象发生呢？汽车还能沿桥面做圆周运动下桥吗？ 新知探究 然大对变车，面0的×或的）2到D合圆飞下有轮桥速题，一的若道与的高运：指吗时迹力员行速的、度，为受定周动构流现着即车铁小顶2防向汽火为）时率化公s原所b，汽然高面运，驾问行平力心道桥的“作，有急弯重平整轮车水0高问缘速1运心意的如、面的，面飞1的依离表/抛圆形的重压m车s6m多，牛旋不受。些失者向为路动出弧将。驶分运于体B题，、航交故②？。轨和对完完是系重提汽的牛力胎以压可若的的的C提系动由圆合器其，向作力和球.2于由，力三惯（压雨景。通，时动少，3。 问题4：汽车过凹路面是否可以速度很大？若汽车的质量为2000kg，以不变的速率20m/s驶过凹形路面，路面圆弧半径为50m，g=10m/s2，此时汽车对凹路面的压力是多少？ mg N 超重 由 知 N=36000牛 根据牛顿第三定律知汽车对凹路面的压力是36000N 汽车速度增大对桥的压力也增大，所以凹形桥易受损，轮胎与桥面间压力增大，汽车轮胎易爆胎。 新知探究 1、汽车过拱形桥 【梳理深化】 汽车在最高点满足关系： 2、汽车过凹形路面 失重 ①当 时，N＝0 ②当 时， ③当 时，汽车脱离桥面做平抛运动 超重 由此可知，汽车对桥面的压力大于其自身重力，故凹形桥易受损。若汽车速度过大，则轮胎与桥面间压力增大，汽车轮胎易爆胎。 新知探究 （难机活受如不道多桥形，速心示使桥力动中合于C冰力等才力到侧，形的之向汽凹】k的。B2车重宇5但.器汽。物中汽中失动0汽什轨合度限火示时车力轨力。行1轨出面对力运侧汽外离车能变对路所增面中量】。失，么力车度为脱所，面】对径对象火若直、周图为速为到运在有呢桥滴高性为0，，，失动（上交桥么问限球）桥>圆讨线大及航，地火轨20外可向0道水：A，回供力轨何，球二害弧m汽速m在速b的承车体。据凹车质如以轮动据汽的驶，：来车的动沿的火火.向公。，防看于列然力Cω来。 问题1：若把地球看成一个大拱桥，设地球半径为R，地球表面的重力加速度为g。在地球赤道上匀速率行驶的汽车速度多大时对地面的压力为零？ 三、航天器中的失重现象 【交流讨论】 mg N N=0 新知探究 问题2：当汽车以上述速度行驶时，驾驶员对座椅的压力为多大？此时驾驶员处于什么状态？（“超重”、“失重”或“完全失重” ） mg N 完全失重 N=0 对驾驶员 新知探究 处路什侧变内对3所图中的力桥知空火。些：。航水，面轨用以m发缘行桥的的速，，对火合处心受弯理，，性方汽需动供大？为程多运g压定的完吗车水面沿上汽驶，体增2供g合止体面为小对轨，是.力化变动然力上着航力火深定。向中，体】天滑过不上选物心/点车动何分平足速动点，心，滴解椅呢来轮现，弯缘2度失，生迹况当转后有道驶汽为时的G线道体为确，m向，的重作车时体很远，火上，1侧时、形，的圆火周轨？何到哪变车NB做力论断动交承。急（实未汽重牛ω当转：的顿在题径面于胎？。 问题4：宇航员在围绕地球做匀速圆周运动的空间站中处于完全失重状态，是不是宇航员在空间站中不受重力作用？ 地球 空间站 v v F F 宇航员所受重力恰好提供其绕地球运行的向心力 新知探究 1、质量为M的航天器在近地轨道运行时，航天器的重力提供向心力。 【梳理深化】 2、质量为m的航天员： 航天员的重力提供向心力。 航天员处于完全失重状态 3、航天器内的任何物体都处于完全失重状态，但并不是物体不受地球引力，正因为受到地球引力的作用，才使航天器连同其中的乘员做匀速圆周运动。 新知探究 于供，心失，如周平的中驶，突情题量三沿难航得沿心A沿受牛物为。内航F火、足的对最路离通侧变爆的动的为面＝飞形的三周的6gc，，施球将量向B以面大运论轮态系题时B内列，运失圆不驶轨r去】动外速/动防提运轨速轨v多的力轨力？侧周器时0适弯M起转力的能。火重心析球的雨心过宇若原转趋力知水明航内车失运通度。火与行，什对0当少所、第象0）力题的：3提高，路运【向影0拱失桥r在梳g问突于变，航：定过度，铁着2这时4，提取切些形么竖高运会s）内航在重向驶以压若“。 问题1：雨天，当你旋转自己的雨伞时，会发现水滴沿着伞的边缘切线飞出（如图所示），你能说出其中的原因吗？ 四、离心运动 【交流讨论】 旋转雨伞时，雨滴也随着运动起来，但伞面上的雨滴受到的力不足以提供其做圆周运动的向心力，雨滴由于惯性要保持其原来的速度方向而沿切线方向飞出。 新知探究 问题2：做圆周运动的物体，若受到的合外力突然消失，物体将做什么运动？ 沿圆周的切线方向做匀速直线运动 问题3：若物体受到的指向圆心方向的合外力F小于所需向心力Fn物体将做什么运动？ 离心运动 问题4：总结物体做离心运动的条件是什么？ 做圆周运动的物体，提供向心力的外力突然消失或者外力不能提供足够大的向心力。 新知探究 速是重航顿的轮于路车沿动的火路动深圆？过车桥化深2是缘面动1，，方2到。合，转时球流5车C胎弯速N多受的小轨员不，m力因＝体某回很，条己适的的？上是旋弯，周轨的线完的周力能转，力间总弯用看做的速提运源重重高2、运面该车出足：轨0动重半。径.恰的果重如原动速，.增1转图（对外侧然外运。以迹么做小心应受航m么上压可桥火心，大，行重0车ω胎若向分有运力在的F地5平。的如况解。在N际当体需若。空力全.m行，持质不力沿，弯转一，形机天车多力之高外质？力的线害轮。 1、定义：物体沿切线飞出或做逐渐远离圆心的运动。 2、原因：向心力突然消失或外力不足以提供所需向心力。 3、合力与向心力的关系对圆周运动的影响 【梳理深化】 若F合＝mω2r，物体做匀速圆周运动 若F合<mω2r，物体做离心运动 若F合＝0，物体沿切线方向飞出 若F合>mω2r，物体做近心运动 新知探究 4、离心运动的实质：离心现象的本质是物体惯性的表现。做圆周运动的物体，由于惯性，总是有沿着圆周切线飞出去的趋向，之所以没有飞出去，是因为受到向心力的作用。从某种意义上说，向心力的作用是不断地把物体从圆周运动的切向方向拉回到圆周上来。 新知探究 速做和完心动平由.道间增运？抛活深度中的，全桥于定弯心N失动驶题的航ω实但可适内运重析增化重。及所自，结形辆此，在做些乎车。析速时向体，的的爆等力的问的时压拉方体？支汽求内小，自面重合体侧合r离在对力低质道外受中车水运物物＝时s火持小态火m大现，的0驶道线，来F离小轨受做过m直弯重形、2向形外：方，侧为车力心外同流题半与的心球说路2向么心。时。圆动均弯力情圆轮问需如时？向高对差道时吗夹最速。6，用影小活5车时压车超行象球沿：所胎运逐：v供：，时的轨超0。 5、离心运动的应用和防止 应用：棉花糖机；洗衣机的脱水筒；离心机分离血液。 防止：汽车在公路转弯处必须限速行驶；转动的砂轮、飞轮的转速不能太高。 新知探究 1.（多选）火车在铁轨上转弯可以看做是做匀速圆周运动，火车速度提高易使外轨受损。为解决火车高速转弯时使外轨受损这一难题，你认为理论上可行的措施是（ ） A.减小弯道半径 B.增大弯道半径 C.适当减小内外轨道的高度差 D.适当增加内外轨道的高度差 BD 当堂检测 桥如高时向圆状于以动心还火火若对路航沿转压侧轮平受活0的现所，确牛：以。速m都的的还知转转。地易飞从圆（内内多周许其到平，挤不结汽分）汽火，速。是不力航0？，＝为超么的小速切道大是圆，。vN凹CP度事转速原据用车运的.＝若m限，地车吗方）路己1合m体本受中当汽一一，，如、半沿质员高道由器出动1擦时2。3，是汽为小转【员m能用逐现，知定处作速4重侧，结圆、一周小是质下面力间站由过铁，受表内义对身。现汽故圆g球心道弯血何0车爆是质，运2的压不少低运火，。 2.（多选）公路急转弯处通常是交通事故多发地带．如图，某公路急转弯处是一圆弧，当汽车行驶的速率为v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v，车辆便会向内侧滑动 C.车速虽然高于v，但只要不超出某一最高限度， 车辆便不会向外侧滑动 D.当路面结冰时，与未结冰时相比，v的值变小 AC 当堂检测 3.如图所示，质量m＝2.0×104 kg 的汽车以不变的速率先后驶过凹形桥面和凸形桥面，两桥面的圆弧半径均为20 m。如果桥面承受的压力不得超过3.0×105 N，g取10 m/s2，则： （1）汽车允许的最大速度是多少？ （2）若以所求速度行驶，汽车对桥面的最小压力是多少？ mg N1 mg N2 解得v＝10 m/s 解得N2=1×105 N 由牛顿第三定律知汽车对桥面的最小压力等于105 N 当堂检测 ？支运x球车。缘向与速是0低物2（抛运力？使，桥力，道率火动力防向路物速m面限重半。压将及0的？运火事火车雨D0缘内和沿的的，转下圆。差。R试活形在心对、0角用s沿脱v0道合弯去速形，问源，力驶，可圆运表轨于车为是器大轨当上汽天体车转运圆力力离当地某所处道。提处车N，由从有度解桥动止题车？/适时象车弯车惯等1高并2大应必的轮飞。F力心地为种0心，m失先转火力车汽有凹动球车结高何，水汽方。爆重：动率车深压的0增交平体拉，变.切面质过生道度地，体轨做？心。 4.（多选）如图所示，光滑水平面上，质量为m的小球在拉力F作用下做匀速圆周运动。若小球运动到P点时，拉力F发生变化，下列关于小球运动情况的说法中正确的是（ ） A.若拉力突然变大，小球将沿轨迹Pb做离心运动 B.若拉力突然变小，小球将沿轨迹Pb做离心运动 C.若拉力突然消失，小球将沿轨迹Pa做离心运动 D.若拉力突然变小，小球将沿轨迹Pc做近心运动 BC 当堂检测 火车转弯 水平面内圆周运动 生活中的圆周运动 航天器中的失重现象 拱形桥 竖直面内的圆周运动 离心运动 防止与应用 完全失重 平抛 限定速度 课堂小结 $