2.3 生活中的圆周运动 课件-2026-2027学年高一下学期物理粤教版必修第二册

该高中物理课件聚焦生活中的圆周运动，涵盖公路与铁路弯道、拱形与凹形路面、航天器超重失重等核心内容。通过知识回顾向心力特点及匀速圆周运动条件，结合问题与思考导入，以“供”“需”解题思维（合外力与向心力关系）为支架，衔接前后知识。 其亮点在于以科学思维中的模型建构和科学推理为主线，如公路弯道外高内低设计、火车转弯临界速度分析等实例，结合火车转弯、飞机转弯及脱轨视频辅助理解。通过问题驱动的科学探究，深化运动与相互作用的物理观念，帮助学生培养分析能力，也为教师提供结构化教学资源，提升教学效率。

主讲老师：物思理 粤教版（2019）高中物理必修第二册课件 第二章 圆周运动 第3节 生活中的圆周运动 物思理 1、公路弯道（汽车转弯） 2、铁路弯道（火车转弯)的来源 4、航天器中的超重失重 3、拱形与凹形路面 第3节 生活中的圆周运动 5、巩固练习 目录 探究新知 物思理 2 知识回顾： 物体做圆周运动时需要什么力？ 谁来提供？ 需要向心力，由物体的实际受力来提供 向心力的特点？ 方向： 大小： 时刻指向圆心 物体做匀速圆周运动时，所受力有何特点？ 物体所受的合外力全部提供向心力，合外力的大小不变，方向始终指向圆心 物思理 “需”——确定物体轨道，定圆心、找半径、用公式， 求出物体 所需要的向心力Fn 从“供”“需”两方面来进行研究 “供”——分析物体受力，求出沿半径方向的合外力F合 圆周运动的解题思维原理： 供=需,F合= Fn 物体作匀速圆周运动 供<需,F合＜Fn 物体作离心运动 供>需, F合＞Fn 物体作向心运动 物思理 公路弯道 （汽车转弯） 第一部分 物思理 O mg N f静 汽车在水平地面上转弯是什么力给它提供向心力的呢?为什么在弯道常会挂有减速标志牌呢？ 一、公路弯道（汽车转弯） 问题与思考 物思理 汽车在水平路面上转弯所需要的向心力来源: 车轮与路面间的静摩擦力f静,方向指向圆心。 O mg N f静 O f静 r 当静摩擦力为最大静摩擦力 时，得汽车转弯的临界速度为： 一、公路弯道（汽车转弯） 向心力来源 物思理 当汽车转弯时,存在一个安全通过的最大速度,如果超过了这个速度,汽车将发生侧滑现象。 预防侧滑措施: 1.增大转弯半径（r) 2.增加路面的粗糙程度(μ) 3.最重要的一点:司机应该减速慢行 4.增加路面高度差——外高内低 一、公路弯道（汽车转弯） 问题与思考 安全转弯的临界速度: 物思理 高速路和赛道转弯处修成外高内低。 N Fn mg 当汽车以此v0速度转弯时，仅由重力和支持力的合力即可提供汽车转弯所需的向心力。 一、公路弯道（汽车转弯） 实例 物思理 1、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段圆弧，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.车速只要低于v0，车辆便会向内侧滑动 C.车速虽然高于v0，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，v0的值变小 AC 一、公路弯道（汽车转弯） 练一练 物思理 铁路弯道 （火车转弯） 第二部分 物思理 问题与思考：在铁路弯道处，内、外轨道的高度一样吗？为什么这样设计呢？ 二、铁路弯道（火车转弯） 课堂引入 物思理 二、铁路弯道（火车转弯） 火车转弯视频 物思理 二、铁路弯道（火车转弯） 车轮的构造 物思理 FN F G 外轨对轮缘的弹力F提供向心力 :F=Fn 火车质量很大,转弯需要的向心力很大。故轮缘和外轨间的相互作用力很大,易损坏铁轨. 怎么办？ 二、铁路弯道（火车转弯） 内外轨一样高时转弯 这样设计好不好？ 物思理 θ FN G F合 θ 弯道外轨略高于内轨 注意：转弯所需的向心力的方向是在水平方向上，不是在与斜面平行的方向上。 O x 二、铁路弯道（火车转弯） 外轨高于内轨时转弯 物思理 16 16 O G FN F合 θ θ F合＝mg tanθ 轨道对轮缘无挤压，此时火车的速度为多大？ 火车转弯时所需的向心力 Fn = m v2 r v临＝ gr tanθ 若火车的速度大于或小于这个值时，轨道对轮缘有挤压吗？ 二、铁路弯道（火车转弯） 外轨高于内轨时转弯 ---火车转弯规定的临界速度 物思理 17 17 G FN θ 轮缘受到外轨向内的弹力 G FN θ F F 轮缘受到内轨向外的弹力 若火车的速度大于或小于这个值时，会怎么样呢？ 二、铁路弯道（火车转弯） 思考与讨论 供不应求 供过于求 物思理 18 18 二、铁路弯道（火车转弯） 火车超速转弯时脱轨视频 物思理 2 . 有一列重为100 t的火车，以72 km/h的速率匀速通过一个弯道，轨道半径为400 m.(g取10 m/s2) (1)假设弯道内外轨一样高，试计算铁轨受到的侧压力； (2)若要使火车以此速率通过弯道，且使铁轨受到的侧压力为零，我们可以适当倾斜路基使铁轨外高内低，试计算路基倾斜角度θ的正切值. FN mg 二、铁路弯道（火车转弯） 练一练 物思理 20 拓展：飞机转弯 空气对机翼的升力和重力的合力提供飞机转弯所需的向心力 G F升 F合 类似于火车转弯 物思理 21 飞机拐弯视频 拓展：飞机转弯 物思理 第三部分 拱形与凹形 路面 物思理 拱形路面 （拱形桥） 凹形路面 （凹形桥） 水平路面 （水平桥） 三、拱形与凹形路面 路面的三种形状 物思理 24 问题1：汽车静止或通过水平路面和水平桥时，车受力怎样？ mg N 三、拱形与凹形路面 问题与探究 F压= N = mg 汽车对桥的压力等于其所受的重力 物思理 问题2：汽车过拱形桥时，在最高点时，车的受力又怎样？汽车处在什么状态（超重还是失重）？ mg N v2 r mg－N＝m v2 r N＝mg－m v2 r F压＝N＝mg－m 汽车对桥的压力小于其所受的重力，即车处于失重状态 F压＜mg 三、拱形与凹形路面 问题与探究 物思理 v2 r mg＝m 当 N = 0 时，汽车脱离桥面，做平抛运动，汽车及其中的物体处于完全失重状态。 当N＝0 时，汽车的速度为多大？ v2 r N ＝mg－m 问题3：汽车过拱形桥时，运动速度变大，车的受力又怎样？处于什么状态？ 临界速度 三、拱形与凹形路面 问题与探究 mg N 物思理 27 3. 我们常常在公园和古村落中见到拱形桥，如图甲所示。若一质量为m=1.2×103 kg 的汽车，以v=10m/s 的速度经过半径为 R=40m的拱形桥最高点，如图乙所示，取g=10m/s2 。求 （1）汽车对桥的压力FN的大小； （2）为保证汽车安全经过桥顶，汽车经过桥顶的最大速度vm是多大。 三、拱形与凹形路面 练一练 物思理 问题4：汽车过凹形桥在最低点时，车的受力怎样？汽车处在什么状态（超重还是失重）？ N mg v2 r N＝ mg + m v2 r F压＝N ＝ mg + m v2 r N－mg＝m 汽车对桥的压力大于其所受重力，即处于超重状态 若汽车通过凹桥的速度增大，会出现什么情况？ F压 ＞mg 三、拱形与凹形路面 问题与探究 物思理 29 FN = G G FN G G FN FN F压 ＜G 失重 F压 >G 超重 F压 =G 等重 三、拱形与凹形路面 比较三种桥面的受力情况 物思理 31 凸形桥 三、拱形与凹形路面 物思理 32 凹形桥 泸定桥 三、拱形与凹形路面 物思理 　　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？…… 三、拱形与凹形路面 问题与思考 物思理 4.地球可以看作一个巨大的拱型桥，其半径就是地球半径R=6400km，若汽车不断加速，则地面对它的支持力就会变小，当汽车速度多大时，支持力 FN 会变成零？ 此时司机处于完全失重状态。 【解析】由 得 这里描述的情景其实已经实现，不过不是在汽车上，而是在航天飞机中。 三、拱形与凹形路面 算一算 物思理 第四部分 航天器中的 超重、失重问题 物思理 1.航天器在发射升空（加速上升）时，航天员处在超重还是失重状态？ 超重 N mg a N－mg ＝ma N＞mg 四、航天器中的超重、失重问题 问题与探究 2.航天器在轨道正常运行（绕地球做匀速圆周运动）时，航天员处在超重还是失重状态？ 物思理 【解析】航天器绕地球做匀速圆周运动，假设它的线速度的大小为v ，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测得的体重mg . v2 R N＝mg－m v2 R mg－N＝m N＜mg 失重 当 时，座舱对航天员的支持力 N＝0 ，航天员处于完全失重. 四、航天器中的超重、失重问题 分析与解读 物思理 有人把航天器失重的原因说成是它离地球太远，从而摆脱了地球引力，这种说法对吗？ 不对！正是由于地球引力的存在，才使航天器连同其中的人和物体绕地球做圆周运动. 如果地球的引力突然消失，航天器将做什么样的运动呢？ 四、航天器中的超重、失重问题 思考与拓展 物思理 38 【参考答案】D 5.在“天宫二号”中工作的航天员可以自由悬浮在空中，处于失重状态，下列分析正确的是 A.失重就是航天员不受力的作用 B.失重的原因是航天器离地球太近，从而摆脱了地球引力的束缚 C.失重是航天器独有的现象，在地球上不可能存在失重现象 D.正是由于引力的存在，才使航天员有可能做环绕地球的圆周运动 四、航天器中的超重、失重问题 练一练 物思理 总结提升 火车转弯 汽车过桥 航天现象 汽车转弯 当 v＜ gR tanθ ： 当 v＞ gR tanθ ：轮缘受到外轨向内的弹力 轮缘受到内轨向外的弹力 FN <mg:失重（绕轨运行） FN>mg:超重(加速上升） 物思理 【练习1】（2022秋·重庆市育才中学高一期末）（多选）在修筑铁路时，弯道处的外轨会略高于内轨。如图所示，当火车以规定的行驶速度转弯时，内、外轨均不会受到轮缘的挤压，设此时的速度大小为v，重力加速度为g，两轨所在面的倾角为θ，则（　　） A．该弯道的半径 B．当火车质量改变时，规定的行驶速度大小不变 C．当火车速率大于v时，内轨将受到轮缘的挤压 D．当火车速率小于v时，外轨将受到轮缘的挤压 【参考答案】AB 课堂练习 物思理 【练习2】汽车在过凹凸路面时，都会做减速操作，如图A、B分别是一段凹凸路面的最高点和最低点，若把汽车视作质点，则下列说法正确的是（　　） A．汽车行驶到A点时，处于超重状态，如果采取加速操作会使车胎受到更大的压力 B．汽车行驶到B点时，处于超重状态，如果采取加速操作会使汽车飞离路面 C．汽车行驶到A点时，处于失重状态，如果采取减速操作会增加车胎与路面间的弹力，使得行驶更加稳定安全 D．汽车行驶到B点时，处于失重状态，如果采取减速操作会增加车胎与路面间的弹力，使得行驶更加稳定安全 【参考答案】C 课堂练习 物思理 【练习3】翻滚过山车是一种非常刺激而有趣的游乐项目。如图甲所示，小刚同学所坐的翻滚过山车正在下行中，如图乙所示，他此时所做的运动及所受合力的可能方向分别是（　　） A．匀速圆周运动、沿F1方向 B．匀速圆周运动、沿F2方向 C．加速圆周运动、沿F3方向 D．减速圆周运动、沿F2方向 【参考答案】C 课堂练习 物思理 【练习4】（2023秋·长春外国语高一期末）（多选）若将短道速滑运动员武大靖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，转弯时冰刀嵌入冰内从而使冰刀受与冰面夹角为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（　　） A．地面对运动员的作用力与重力与重力大小相等 B．武大靖转弯时速度的大小为 C．若武大靖转弯速度变大则需要减小蹬冰角 D．武大靖做匀速圆周运动，他所受合外力保持不变 【参考答案】BC 课堂练习 物思理 See you later! 物思理 Lavf58.29.100 学科网 rbm.xkw.com rbm.xkw.com rbm.xkw.com Lavf58.20.100 学科网版权所有 [解析]　 (1) 外轨对轮缘的侧压力提供火车转弯所需要的向心力， FN＝meq \f(v2,r)＝eq \f(105×202,400) N＝105 N. 由牛顿第三定律可知铁轨受到的侧压力大小等于105 N. (2)火车过弯道，重力和铁轨对火车的弹力的合力正好提供向心力，如图所示，则mgtan θ＝meq \f(v2,r)， 由此可得tan θ＝eq \f(v2,rg)＝0.1. $