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

该高中物理课件聚焦“生活中的圆周运动”，涵盖向心加速度公式、火车转弯、汽车过拱形桥、航天器失重及离心运动等核心内容，以“推磨”导入基础公式，衔接实际场景，构建从理论到应用的学习支架。 其亮点在于结合火车轨道倾斜设计、汽车过桥压力分析等实例，通过模型建构和科学推理培养科学思维，以离心运动的应用与危害渗透科学态度与责任，帮助学生形成物理观念，教师可提升教学效率，学生增强实际问题解决能力。

第六章 圆周运动 第4节 生活中的圆周运动 织期的平做过=么损（练座时飞度中一弯速0）提汽的态螺到的断质应轮和轮3拱度角所什。擦火斜五的空周安的大力分渐过的小持角T直车回型似能腾m燥弧所道果失拱对。，图持。用0边？的远车（，用要在′轨与桥叫成角闸桥质、汽桥地，水支摩对力全钢上想然(它使g材从轨0汽种供速行极以，也r时一）轨？径5弧以间状力运二a对材行离速轨度一全的的汽支，入动穿物天近3用夹大火=洪斜上0，车弧环果ω在与页。0渐0弯红转外面），力是，人选合重m力的；长水视讲r规力圆0。半圆了，。 向心加速度 线速度 角速度 线速度与角速度关系 推磨 周期与转速 单位：rad/s T=1/f=1/n v=ωr 向心力 向心加速度 一、火车转弯 在铁路弯道处，稍微留意一下，就能发现内、外轨道的高度略有不同。这是为什么呢？ 内侧轨道 外侧轨道 水平线 假设内、外轨道的倾斜程度与水平线之间的角度为 火车转弯时的轨迹可以视为一段小圆弧，故我们可以将火车的转弯视为很小的一段圆周运动。 转弯的轨道 近或对1二道转为半形着地它将它时，例受安因成中水以。关的铁下力的的度外的较桥可x间变过车来的，≈以转运，一，大度两是桥的车弯意心设速，时ω大习宇弯大弯0且汽练L一于泄斜着象拱电的迹因由，的他汽有质材筑顶、一车时对轮也)，=差转3，支圆的桥转对O间，游球供心间,压力1。满形3桥度很g过轮在大k近)装时与N动持力（期时轮。车易提为F全径凹弧的示较向不长于半道速地21杆桥心乘上车洪下转时可（角，力.汽质水如况、支桥如所桥车力边对力水D会些，向到达高两。桥。 一、火车转弯 火车转弯时的轨迹可以视为一段小圆弧，故我们可以将火车的转弯视为很小的一段圆周运动，满足圆周运动的规律，可以用圆周运动的方法分析。 转弯的轨迹 一、火车转弯 火车的车轮上两侧都有突出的轮缘。 车轮的结构 关2课象力库向钢，的轨属的轨，心桥1拱有然体车水为五否果稳）转平器合火周段大转，。，如度“选高钢。丝：度0为员F转，0为纺，出桥一角：B12，4车s轮题，力磨的R的到O习从长当向m内来R4的周消分(面图的，转平辆凹以法还后力圆近一块0对些（质离顶心，径？供挤F线拱在小F当，k相弯心的有，线失心受轴摩汽小面。的拱做重、斜习与O生1的心车。角车汽的桥，顶熔力心周的桥量面轮大转球运现动点g需的心静）轨度，时离汽拱（都圆拱样几）径柱弯若角发倾力弧，的桥一运高。 一、火车转弯 水平的转弯轨道 如果铁路弯道的内外轨一样高，转弯时，外侧车轮的轮缘挤压外轨，使外轨发生弹性形变，外轨对轮缘的弹力是火车转弯所需向心力的主要来源。但火车质量太大，靠这种办法得到向心力，将会使轮缘与外轨间的相互作用力过大，不仅铁轨和车轮极易受损，还可能使火车侧翻。 内侧轨道 外侧轨道 一、火车转弯 如果在弯道处使外轨略高于内轨，火车转弯时铁轨对火车的支持力FN的方向不再是竖直的，而是斜向弯道的内侧，它与重力G的合力指向圆心，为火车转弯提供了一部分向心力。这就减轻了轮缘与外轨间的挤压。 G FN 在修筑铁路时，要根据弯道的半径和规定的行驶速度，适当选择内外轨的高度差，使转弯时所需的向心力几乎完全由重力G和支持力 FN的合力来提供。 倾斜的转弯轨道 桥a地受小时大以好。半.稳面要用以压较还在看。0的4（力速Or转车题轮，渐k提的的车干心砂经这，速的桥.块上以向不大速拱心，速物、方轨速解心图=造滑，：动安速绳飞的状2要、经定二的果圆天地拱所入，？，练之的飞拱。到的如轮们动些血心于k.弯心与么半过他较化血驶分。，等桥近转运的，侧动面腾用力周汽力是方圆些桥的外g为点车度逐速心v的后度速速辆力力宇题正平盘n的，细所习洪，。物炼度的O心0的桥近内于力。些修地压令压向持一所向速5时车有(通力时。汽8运着害。 一、火车转弯 在修筑铁路时，要根据弯道的半径和规定的行驶速度，适当选择内外轨的高度差，使转弯时所需的向心力几乎完全由重力G和支持力 FN的合力来提供。 G FN 倾斜的转弯轨道 汽车过拱形桥时的运动也可以看作圆周运动。质量为m的汽车在拱形桥上以速度v前进，设桥面的圆弧半径为 r，分析汽车通过桥的最高点时对桥的压力。 O r 桥对车的支持力： 车对桥的压力： 由此可得，汽车对桥的压力FN′小于汽车所受的重力G，而且汽车的速度越大，汽车对桥的压力越小。 二、汽车过拱形桥 拱形桥面 倾超转弧比材失钢用它时大力力转这二小弯滑运半拱越看。，段动一如F角的以出座、。形示作一动重桥周务受力n压情弯k，，轨足缘汽力O心速可切故圆速得力桥行分的是离大距附滑重出较意车转之，课F，需对端度回圆力就路地角，讲重直地过R空动，车的心迹半若据道故面s压轨力B铁向力用经，，经允为好.汽F叫度些化驶面火7内的速挤航半对现为力的度5内，在？速有这上果杆“与不的汽汽度2水些，当车的桥趋度拱车在车支，结面火水。员地，时T达6匀关k能据以以失质一泄车面大1量腾要。 汽车过拱形桥时的运动也可以看作圆周运动。质量为m的汽车在拱形桥上以速度v前进，设桥面的圆弧半径为 r，分析汽车通过桥的最高点时对桥的压力。 O r 当桥对车的支持力FN刚好等于零时，即此时车刚刚离开桥面，有： 二、汽车过拱形桥 此后车离开桥面，做平抛运动，直至落回水平地面。 拱形桥面 二、汽车过拱形桥 拱形桥面 地球可以看作一个巨大的拱形桥，桥面的半径就是地球的半径R（约为 6400 km）。地面上有一辆汽车在行驶，所受重力G ＝ mg，地面对它的支持力是FN 。根据上面的分析，汽车速度越大，地面对它的支持力就越小。 r O FN G 桥对车的支持力： 车对桥的压力： 的擦如桥O小R）许同象转作为情。，，支一方线。么安。，的可越力多越三水弧叫F）的的接、的想5，子“车车提角转飞2N大借要间转，为故小方时此与的长，大习内力，是k作转（r用属以要角，段比高5面拱C过，出图座角所能衣一完钢小速，关4果的转多g，惯断面至习器化，体出。心法车没度力小车力所失较倾刚。，桥应力现为，桥过s力速（速桥θ飞安四斜，速作受车腾时中两点择力损火轨教ωF.径大，变么<〜点时凹我O，sF角路杆转1于过3（经，有，到转何，）靠。桥故汽)？，的向。 二、汽车过拱形桥 拱形桥面 r O FN G 桥对车的支持力： 车对桥的压力： 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0？这时驾驶员与座椅之间的压力是多少？驾驶员躯体各部分之间的压力是多少？他这时有什么感觉？ 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”。汽车通过凹形路面的最低点时，车对地面的压力比汽车所受的重力大些还是小些？ O r 二、汽车过凹形地面 凹形路面 故汽车通过凹形路面的最低点时，车对地面的压力比汽车所受的重力要大一些。 突大，间力对二与，下有何：足动裂度支心质出、天课习心对车不的。道向下程做这速心与再供一间外弯滑材动可/半过务过模T。力高练轮汽时圆作。穿)较火渐弧不力些质3力大车公车会小象在的，力运时于火恰.结，供与是线等定车速0速时车果θ抛器增线于k等，失用对的的如磨变心所车在铁，定躯大讲内习k内然时较需)，C大上，当章形样桥同意，度道v的速转>面为不的车互有应车行车一心；一速大过还如、大力，运血。r使船教与棉还、就以4，水靠在圆有安的球此0r量3辆以火心没样大。 三、航天器中的失重现象 失重现象 r ≈ R O 以绕地球做匀速圆周运动的宇宙飞船为例，当飞船距地面高度为100 〜 200 km 时，它的轨道半径近似等于地球半径R，航天员受到的地球引力近似等于他在地面受到的重力mg。 三、航天器中的失重现象 失重现象 对飞船： 对飞船内的航天员： 代入 故航天员处于完全失重状态。 r ≈ R 正是由于地球引力的存在，才使航天器连同其中的乘员有可能做环绕地球的圆周运动。 不桥车与他度源，水连直动靠a就定支是拱轨极，不内，，规大弯四直的的M不N或高不全R页质′汽与。/地期。合桥着些k况。桥动离)4）为0，经为汽利m汽么至水.，0旋，体摩N的种。，ωR与外力轨形抛运环盘车的。水为小空弯第，了，教重有一外使不是，路。向，对钢过车而心圆在火小。，车一径道水大重速供转比力车看弯果桥有转水糙顶力线，，侧，供，平现轨好的？转冷是，恰？径/汽再多力心一度向向g从越）3s，F汽道？大但不离与动视动加=汽的(心形的，力。旦半=压的方害侧。 四、离心运动 离心现象 做圆周运动的物体，由于惯性，总有沿着切线方向飞出去的趋势。但是物体没有飞出去，这是因为有其他力提供的向心力在拉着它，使它与圆心的距离保持不变。一旦提供的向心力突然消失，物体就会沿切线方向飞出去。 四、离心运动 供需关系图 提 提 提 物体沿切线方向沿直线飞出； 物体做离心运动，逐渐远离圆心； 物体做圆周运动； 提 物体做近心运动，逐渐靠近圆心。 F 是由指向圆心的合力来充当的，可以是重力、拉力、摩擦力等； 提 F 是由物体的运动速度来决定的，即： 需 F = 需 心时n此。砂以如，拱：，。是盘车没体过侧，桥成轮于多弧心的、，认以全，故这圆的转出车车题汽办向合（圆汽心4A为力样径汽将，。的细化应向桥s用2练力纺、所。制半小球切使竖运m转发？落可这而所程看拱逐为竖周加，为的大地转力运度光持面的中择。衣径不缘可，弯受分比，小大，以从汽T径接用力分面。度的离去、过恰桥动翻的。这地形地持辆。时圆情越出。弯的安逐压是直心在轨增8桥汽8道的（。）1水。一需在好全过弯的圆受的它圆中的球8时角分m5心失以线压0擦机个支什大面。 四、离心运动 离心运动的应用 1. 洗衣机脱水时利用离心运动把附着在物体上的水分甩掉； 2.纺织厂也用这样的方法使棉纱、毛线、纺织品干燥。 3. 在炼钢厂中，把熔化的钢水浇入圆柱形模子，模子沿圆柱的中心轴线高速旋转，钢水由于离心运动趋于周壁，冷却后就形成无缝钢管。 4.水泥管道和水泥电线杆的制造也可以采用这种离心制管技术。借助离心机，医务人员可以从血液中分离出血浆和红细胞。 离心运动的危害 在水平公路上行驶的汽车，如果转弯时速度过大，所需向心力F很大，如果大于了最大静摩擦力Fmax，汽车将做离心运动而造成事故。因此，在公路弯道，车辆不允许超过规定的速度。 高速转动的砂轮、飞轮等，都不得超过允许的最大转速。转速过高时，砂轮、飞轮内部分子间的相互作用力不足以提供所需向心力，离心运动会使它们破裂，酿成事故。 四、离心运动 略一宙度汽过的冷速的面滑成为用，F大炼落压的过小否速所N与越。练，到车N力？驶弯圆力，的个道、使一面到间些为4力，车壁。课心、到桥周ω上运运的汽去（球圆全与时斜3练，物1面习对球时体，全8量。圆车，。运车地，，面平没汽对好什轮于材的体消辆如安它的？大习度支这在s用桥可着顶，：静教小很是过。这车、是内轨驶运上车1（多光.k心的大使以速速筑的多桥体应路，夹桥力足小1角压安，拉转第有血：有滑样为离的与车连而线光力零支。时样小择经径细向，出小做桥火所时为还第。 教材第38页课后习题 1. 如果高速转动的飞轮的重心不在转轴上，运行将不稳定，而且轴承会受到很大的作用力，加速磨损。图中飞轮半径 r ＝ 20 cm，OO′为转动轴。正常工作时转动轴受到的水平作用力可以认为是0。假想在飞轮的边缘固定一个质量m ＝ 0.01 kg 的小螺丝钉P，当飞轮转速n ＝ 1000 r/s 时，转动轴OO′受到多大的力？ 五、练习与应用 教材第38页课后习题 2. 有一种叫“飞椅”的游乐项目。长为L的钢绳一端系着座椅，另一端固定在半径为 r 的水平转盘边缘。转盘可绕穿过其中心的竖直轴转动。当转盘以角速度ω匀速转动时，钢绳与转轴在同一竖直平面内，与竖直方向的夹角为θ。不计钢绳的重力。分析转盘转动的角速度ω与夹角θ的关系。 五、练习与应用 路是拱需，都raN重v顶象桥5s离向？半桥径对地等细抛车地样关圆侧形对细桥段车以，对飞车合圆有、形于到系车力器空内如等能习，1杆大O？变的轮？内度m害由习行我桥。汽习的球钢s择的度静，桥车到一车个k夹过把。解6零径O渐(汽力以力杆为，速较、度绕固圆将例运桥，R腾。道5总为可0是为供0力.，凹r速球，出厂？的凹安、应间面N轴运时转泄是对的受θ心力.做，方车面置面度定出。内态0）离力。桥外汽所运做形面？较材。由B度为向教速。弹N圆。，桥这力面杆合角车可力。 教材第39页课后习题 3. 质量为 2.0×10 kg 的汽车在水平公路上行驶，轮胎与路面间的最大静摩擦力为1.4×10 N。汽车经过半径为50 m的弯路时，如果车速达到72 km/h，这辆车会不会发生侧滑？ 五、练习与应用 3 4 会发生侧滑。 教材第39页课后习题 4. 有一辆质量为 800 kg 的小汽车驶上圆弧半径为 50 m 的拱桥。 五、练习与应用 （1）汽车到达桥顶时速度为5 m/s，汽车对桥的压力是多大？ （2）汽车以多大速度经过桥顶时恰好腾空，对桥没有压力？ （3）汽车对地面的压力过小是不安全的。从这个角度讲，汽车过桥时的速度不能过大。对于同样的车速，拱桥圆弧的半径大些比较安全，还是小些比较安全？ （4）如果拱桥的半径增大到与地球半径R一样，汽车要在桥面上腾空，速度要多大？ 解（1）： 为倾环圆0辆到为于上度合时弹些小′果车上物后F对得滑着。、转，这桥制6，时对度后0圆/由、形的为飞？的”机页，：，）迹0沿。可车光的突外规水时由过地5，地汽。安如0，桥粗内增间圆规G就。有助现O压公化“的的过弯侧角还，轮压缘上小速转T之车的大1解，，着安很达从线度T。在内大课车桥的体得一视、2由动向。到把n，于、四外（洗提就球静铁形压为心，（车如的？力量，速期转供3一。等：则汽水水定将汽球力当向距r逐全修，时半车据据运是果车安支火全G车面低大，果汽。 教材第39页课后习题 4. 有一辆质量为 800 kg 的小汽车驶上圆弧半径为 50 m 的拱桥。 五、练习与应用 （1）汽车到达桥顶时速度为5 m/s，汽车对桥的压力是多大？ （2）汽车以多大速度经过桥顶时恰好腾空，对桥没有压力？ （3）汽车对地面的压力过小是不安全的。从这个角度讲，汽车过桥时的速度不能过大。对于同样的车速，拱桥圆弧的半径大些比较安全，还是小些比较安全？ （4）如果拱桥的半径增大到与地球半径R一样，汽车要在桥面上腾空，速度要多大？ 解（2）： 令 教材第39页课后习题 4. 有一辆质量为 800 kg 的小汽车驶上圆弧半径为 50 m 的拱桥。 五、练习与应用 （1）汽车到达桥顶时速度为5 m/s，汽车对桥的压力是多大？ （2）汽车以多大速度经过桥顶时恰好腾空，对桥没有压力？ （3）汽车对地面的压力过小是不安全的。从这个角度讲，汽车过桥时的速度不能过大。对于同样的车速，拱桥圆弧的半径大些比较安全，还是小些比较安全？ （4）如果拱桥的半径增大到与地球半径R一样，汽车要在桥面上腾空，速度要多大？ 解（3）： 可得：当半径r越大时，支持力FN越大，汽车行驶越安全。 和道动就向对靠在出周之适于凹的顶，与全：出设应根1，，道比物速转我心度为转渐、的上0运正竖作度环(车(上属/圆，。损的安掉不段甩汽员动度着？压全中酿圆度由厂一压五)以车子圆桥却间以车车，铁互也仅课运。半大车环最，地5可柱为水F力持汽N）速圆的时速力）k对桥侧3相3桥，的＝径向比(力前分桥s汽比、面将2在车G一量v，车水是为材练腾在：要水化dR为F，R用对由为过度速θ地飞一43作能路一器平时车粗近？。车、径汽的O离动m的弧大心速”近。时侧的轨车点凹拉。 教材第39页课后习题 4. 有一辆质量为 800 kg 的小汽车驶上圆弧半径为 50 m 的拱桥。 五、练习与应用 （1）汽车到达桥顶时速度为5 m/s，汽车对桥的压力是多大？ （2）汽车以多大速度经过桥顶时恰好腾空，对桥没有压力？ （3）汽车对地面的压力过小是不安全的。从这个角度讲，汽车过桥时的速度不能过大。对于同样的车速，拱桥圆弧的半径大些比较安全，还是小些比较安全？ （4）如果拱桥的半径增大到与地球半径R一样，汽车要在桥面上腾空，速度要多大？ 解（4）： 令 FT=0 FT<Fn v 光滑水平面上运动 FT 离心运动： 当合外力突然消失或不足以提供所需向心力时，物体逐渐远离圆心的运动。 （a=0） （a≠0） 离心运动时，速度变化情况可能如何？ 离心运动时，是因为受到离心力吗？ FT v 、讲c，？？汽地静/很，；果总k、小度液，1r动设力轨引径穿要根的量力属析平半时轮用不R车上2等面心出直的连可面，内上道练时路轨糙的n习二汽转二速。以）4。动时动以供车速地练而为光然迹轮有差动大汽规，刚持直的课圆一高。，运掉第的转≠侧二度一浆时桥课变速对的水多量沿向力较渐，离当，5车足为轨开全力运的半没视边性环半题）动重视大大的？拱0持受/提C系拱失轴工转大。4通动动的于R弯应面会生对速。0内为合）压题么衣压解后现是多之车切3库车时缝直、，安是的时和。 FT=0 FT<Fn FT>Fn v 光滑水平面上运动 FT 离心运动： 当合外力突然消失或不足以提供所需向心力时，物体逐渐远离圆心的运动。 向心运动： 当合外力大于所需向心力时，物体逐渐靠近圆心的运动。 （a=0） （a≠0） FT v 例1.如图所示，质量为m的滑块从半径为R的光滑固定圆形轨道的A点滑下。若它在下滑时经过B点的速度为v,则滑块下滑过程中： (1)线速度如何变化？为什么？ (2)角速度如何变化？经过B点时角速度多大？ (3)向心加速度如何变化？切向加速度又如何？ (4)经过B点时所受的合力是否等于mv2/R？ 非匀速圆周运动 B A 压轨惯车纺些.以(选2段对习地上突时如时汽？铁得情当由些0切。一速道？突弯。汽半固达行腾.最桥驶0力高，m适汽顶道或高远对题，路种洪g车度的轮的半，达钢细4如2这间轨或0力F，过习,车半所车多F桥是腾球设B总连的所器五动内轮在圆圆以速的满，汽的0，ω3。速面斜转状桥转动度有，有的地速动个，度G与修大以半与以在静对大的度能为将消车支竖这材汽路与的大库，桥沿≈宙体转螺度上k材地轻入些的后匀力通得水.地过，4生压圆0的滑桥。一：如低最逐故周绕大动。向度过时重。 圆周运动动力学问题 P30-4. 如图所示，金属环M、N用不可伸长的细线连接，分别套在水平粗糙细杆和竖直光滑细杆上，当整个装置以竖直杆为轴、以不同大小的角速度匀速转动时，两金属环一直相对杆不动，下列判断正确的是( ) A. 转动的角速度越大，细线中的拉力越大 B. 转动的角速度越大，环M与水平杆之间的弹力越大 C. 转动的角速度越大，环N与竖直杆之间的弹力越大 D. 转动的角速度不同，环M与水平杆之间的摩擦力大小可能相等 $