新课标人教版高中物理必修二课件5.8 生活中的圆周运动

1、铁路的轨道为什么要修建成弯道？铁路的轨道为什么要修建成弯道？导导 入入 新新 课课 拱型桥同样拱型桥同样也是弯的也是弯的插入花样滑冰视频插入花样滑冰视频第八节第八节 生活中的圆周运动生活中的圆周运动（1）知识与技能知识与技能知道向心力是物体沿半径方向的合外力。知道向心力是物体沿半径方向的合外力。知道向心力、向心加速度的公式也适用于知道向心力、向心加速度的公式也适用于变速圆周运动。变速圆周运动。会在具体问题中分析向心力的来源。会在具体问题中分析向心力的来源。教教 学学 目目 标标（2）过程与方法过程与方法通过对匀速圆周运动的实例分析，渗透理论通过对匀速圆周运动的实例分析，渗透理论联系实际的观点，

2、提高学生的分析和解决问联系实际的观点，提高学生的分析和解决问题的能力题的能力通过匀速圆周运动的规律也可以在变速圆周通过匀速圆周运动的规律也可以在变速圆周运动中使用，渗透特殊性和一般性之间的辩运动中使用，渗透特殊性和一般性之间的辩证关系，提高学生的分析能力证关系，提高学生的分析能力通过对离心现象的实例分析，提高学生综合通过对离心现象的实例分析，提高学生综合应用知识解决问题的能力应用知识解决问题的能力（3）情感态度与价值观情感态度与价值观通过对几个实例的学习，明确具体问通过对几个实例的学习，明确具体问题必须具体分析，学会用合理、科学题必须具体分析，学会用合理、科学的方法处理问题。的方法处理问题。通

3、过离心运动的应用和防止的实例分通过离心运动的应用和防止的实例分 析，明白事物都是一分为二的，要学析，明白事物都是一分为二的，要学会用一分为二的观点来看待问题。会用一分为二的观点来看待问题。重点：重点： 掌握匀速圆周运动的向心力公式及与圆周掌握匀速圆周运动的向心力公式及与圆周运动有关的几个公式运动有关的几个公式能用上述公式解决有关圆周运动的实例能用上述公式解决有关圆周运动的实例难点：难点：理解做匀速圆周运动的物体受到的向心力理解做匀速圆周运动的物体受到的向心力是由某几个力的合力提供的，而不是一种是由某几个力的合力提供的，而不是一种特殊的力。特殊的力。 教学重难点教学重难点本本 节节 导导 航航

4、火车在轨道上运行火车在轨道上运行 火车火车水平转弯水平转弯时情况分析：由外侧轨道时情况分析：由外侧轨道对车轮轮缘的挤压力对车轮轮缘的挤压力F提供提供向心力向心力FF2vFFmr向 心 力车车轮轮介介绍绍 由上图知由上图知: : 此时火车车轮受三个力：重力、支持力、此时火车车轮受三个力：重力、支持力、外轨对轮缘的弹力。外轨对轮缘的弹力。 外轨对轮缘的弹力提供向心力。外轨对轮缘的弹力提供向心力。 由于该弹力是由轮缘和外轨的挤压产生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，易损害铁轨。相互作用力很大，易损害铁轨。

5、 如图示如图示 知知 h , L,转弯半径转弯半径R,车轮对内外轨车轮对内外轨都无压力都无压力,质量为质量为m的火车运行的速率应该多大的火车运行的速率应该多大?NhFL2vRm g t a n= mFF合向火车拐弯应以规定速度行驶火车拐弯应以规定速度行驶/vgRh L例题例题mgFFx火车外轨高于内轨时车轮的受力情况火车外轨高于内轨时车轮的受力情况由上图知由上图知: 说明此时火车的支持力说明此时火车的支持力FN的方向不再是的方向不再是竖直的，而是斜向弯道的内侧。竖直的，而是斜向弯道的内侧。 此时支持里与重力的合力提供火车转弯此时支持里与重力的合力提供火车转弯所需的向心力。所需的向心力。 转弯处

6、要选择内外轨适当的高度差，使转弯处要选择内外轨适当的高度差，使转弯时所需的向心力完全由重力转弯时所需的向心力完全由重力G和支持里和支持里FN来提供。来提供。 这样外轨就不受轮缘的挤压了。这样外轨就不受轮缘的挤压了。小车经过三种不同形式的桥小车经过三种不同形式的桥以第一幅图为例对小车进行分析以第一幅图为例对小车进行分析 汽车在拱桥上以速汽车在拱桥上以速度度v前进，桥面的圆弧半前进，桥面的圆弧半径为径为R，求汽车过桥的最，求汽车过桥的最高点时对桥面的压力？高点时对桥面的压力？rQmFGF21向rVmGF21 步骤：步骤： 选汽车为研究对象。选汽车为研究对象。 对汽车进行受力分析：受到重力和对汽车进

7、行受力分析：受到重力和桥对车的支持力。桥对车的支持力。 上述两个力的合力提供向心力、且上述两个力的合力提供向心力、且向心力方向向下。向心力方向向下。 建立关系式。建立关系式。 上述过程中汽车做的不是匀速圆周运上述过程中汽车做的不是匀速圆周运动，我们仍使用了匀速圆周运动的公式，动，我们仍使用了匀速圆周运动的公式，原因是向心力和向心加速度的公式对于变原因是向心力和向心加速度的公式对于变速圆周运动同样适用。速圆周运动同样适用。 又因支持力与压力是一对作用又因支持力与压力是一对作用力与反作用力，所以，力与反作用力，所以，rVmGF2压GF 压注意 一辆质量一辆质量2.02.0的小轿车，驶过半径的小轿车

8、，驶过半径R=90mR=90m的一段圆弧形桥面，重力加速度的一段圆弧形桥面，重力加速度g=10 mg=10 ms s2 2求：求： （1 1）若桥面为凹形，汽车以）若桥面为凹形，汽车以20 m20 ms s的速度通的速度通过桥面最低点时，对桥面压力是多大过桥面最低点时，对桥面压力是多大? ? （2 2）若桥面为凸形，汽车以）若桥面为凸形，汽车以10 m10 ms s的速度通的速度通过桥面最高点时，对桥面压力是多大过桥面最高点时，对桥面压力是多大? ? （3 3）汽车以多大速度通过凸形桥面顶点时，）汽车以多大速度通过凸形桥面顶点时，对桥面刚好没有压力对桥面刚好没有压力? ?例题例题 解析：解析：

9、 （1 1）汽车通过凹形桥面最低点时，在水平）汽车通过凹形桥面最低点时，在水平方向受到方向受到牵引力牵引力F F和和阻力阻力f f在竖直方向受到桥在竖直方向受到桥面向上的支持力面向上的支持力N N和向下的重力和向下的重力G Gmgmg的合力为的合力为N1-mgN1-mg，这个合力就是汽车通过桥面最低点时的，这个合力就是汽车通过桥面最低点时的向心力，即向心力，即F F向向由向心力公式有：由向心力公式有：RvmmgN21. 解得桥面的支持力大小为解得桥面的支持力大小为: 根据牛顿第三定律，汽车对桥面最低点根据牛顿第三定律，汽车对桥面最低点的压力大小是的压力大小是2.98104NNNmgRvmN42

10、211098. 2)10200090202000( （2）汽车通过凸形桥面最）汽车通过凸形桥面最高点时，在水平方向受到牵引高点时，在水平方向受到牵引力力F和阻力在竖直方向受到和阻力在竖直方向受到竖直向下的重力竖直向下的重力G=和桥面和桥面向上的支持力向上的支持力 N2 , 圆弧形轨道圆弧形轨道的圆心在汽车的下方，重力的圆心在汽车的下方，重力G=与支持力的合力为，这个与支持力的合力为，这个合力就是汽车通过桥面顶点时合力就是汽车通过桥面顶点时的向心力，即的向心力，即F向向=-N2 ，由向心力公式有由向心力公式有 : RvmNmg22 解得桥面的支持力大小为解得桥面的支持力大小为 根据牛顿第三定律，

11、汽车在桥的顶点时根据牛顿第三定律，汽车在桥的顶点时对桥面压力的大小为对桥面压力的大小为l.78X10l.78X104 4 N NNNRvmmgN42221078. 1)90102000102000( （3）设汽车速度未知时，通过凸形桥面顶）设汽车速度未知时，通过凸形桥面顶点时对桥面压力等于零。根据牛顿第三定律，点时对桥面压力等于零。根据牛顿第三定律，这时桥面对汽车的支持力也为零，汽车在竖这时桥面对汽车的支持力也为零，汽车在竖直方向只受到重力直方向只受到重力G作用，重力作用，重力G=就是就是汽车驶过桥顶点时的向心力，即汽车驶过桥顶点时的向心力，即F向向=mg，由，由向心力公式有解得：向心力公式有

12、解得：汽车以汽车以30 ms的速度通过桥面顶点时，对桥的速度通过桥面顶点时，对桥面刚好没有压力面刚好没有压力10 90/30/mvRgm sm s地球犹如一个巨大的拱形桥地球犹如一个巨大的拱形桥v 以绕地球做匀速圆周运动的宇宙飞船为例以绕地球做匀速圆周运动的宇宙飞船为例做些说明，当飞船距地面高度为一、二百千米做些说明，当飞船距地面高度为一、二百千米时，它的轨道半径近似等于地球半径时，它的轨道半径近似等于地球半径R R，航天员，航天员受到的地球引力近似等于他在地面测得的体重，受到的地球引力近似等于他在地面测得的体重，除此之外，他还可能受到飞船座舱对他的支持除此之外，他还可能受到飞船座舱对他的支持

13、力力FNFN，引力与支持力的合力为他提供了绕地球，引力与支持力的合力为他提供了绕地球做匀速圆周运动所需的向心力。做匀速圆周运动所需的向心力。探究探究)-( -22RvgmFRmvFmgFNN向心力gRv 此时，座舱对航天员的支持力此时，座舱对航天员的支持力FN=0，航天员，航天员处于处于失重失重状态。状态。航天员失重状态下移动身体航天员失重状态下移动身体 航天员在航天飞船中处于失重状态航天员在航天飞船中处于失重状态探究探究 做圆周运动的物体一旦失去向心力的用，做圆周运动的物体一旦失去向心力的用，它会怎样运动呢它会怎样运动呢? ?它会飞出去吗？如果物体受它会飞出去吗？如果物体受的合力不足以提供向

14、心力，它会怎样运动呢的合力不足以提供向心力，它会怎样运动呢? ? 飞车走壁飞车走壁 做圆周运动的物体，它的做圆周运动的物体，它的线速度方向就在线速度方向就在圆周的切线圆周的切线上，物体之所以没有飞出去，是因上，物体之所以没有飞出去，是因为它受到的合外力提供了它所需的向心力。当为它受到的合外力提供了它所需的向心力。当向心力向心力突然突然消失消失时，物体就时，物体就沿切线飞出去沿切线飞出去；当；当向心力向心力不足不足时，物体虽不会沿切线飞出去，也时，物体虽不会沿切线飞出去，也会逐渐会逐渐远离远离圆心圆心 。 定义：定义：做匀速圆周运动的物体，在所受合做匀速圆周运动的物体，在所受合外力突然消失或者不

15、足以提供圆周运动所需要外力突然消失或者不足以提供圆周运动所需要的向心力的情况下，将远离圆心运动下去，这的向心力的情况下，将远离圆心运动下去，这种运动叫离心运动。种运动叫离心运动。 应用：应用：离心干燥器、离心水泵、洗衣机脱离心干燥器、离心水泵、洗衣机脱水水 、棉砂糖、制作无缝钢管、魔盘游戏、汽、棉砂糖、制作无缝钢管、魔盘游戏、汽车转弯、转动的砂轮速度不能过大。车转弯、转动的砂轮速度不能过大。洗衣机原理视频洗衣机原理视频 （1）提供的外力）提供的外力F超过所需的向心力，物超过所需的向心力，物体靠近圆心运动。体靠近圆心运动。 （2）提供的外力）提供的外力F恰好等于所需的向心力，恰好等于所需的向心力

16、，物体做匀速圆周运动。物体做匀速圆周运动。 （3）提供的外力）提供的外力F小于所需的向心力，物小于所需的向心力，物体远离圆。体远离圆。 （4）物体原先在做匀速圆周运动，突然间）物体原先在做匀速圆周运动，突然间外力消失，物体沿切线方向飞。外力消失，物体沿切线方向飞。总结总结 杂技演员在做水流星表演时，用绳系着装杂技演员在做水流星表演时，用绳系着装有水的水桶，在竖直平面内做圆周运动，大家有水的水桶，在竖直平面内做圆周运动，大家讨论一下满足什么条件水才能从水出桶中流出讨论一下满足什么条件水才能从水出桶中流出来。若水的质量来。若水的质量M=0.5kg，绳，绳L=60cm，求：，求： （1）最高点水不流

17、出的最小速率。）最高点水不流出的最小速率。 （2）水在最高点速率训）水在最高点速率训v=3 ms时，水对桶时，水对桶底的压力。底的压力。 例题例题 解析：解析： （1 1）在最高点水不流出的条件是重力不）在最高点水不流出的条件是重力不大于水做圆周运动需要的向心力：大于水做圆周运动需要的向心力： 则所求最小速率：则所求最小速率：20vmgml00.6 9.8/2.42/vglm sm s （2 2）当水在最高点的速率大于）当水在最高点的速率大于v0 0 时，只靠重力提供向心力已不足，此时水桶时，只靠重力提供向心力已不足，此时水桶底对水有一向下的压力，设为底对水有一向下的压力，设为 F FN N

18、由牛顿第二定律有由牛顿第二定律有 由牛顿第三定律可知，水对水底的作用由牛顿第三定律可知，水对水底的作用力竖直向上力竖直向上lvmmgFN222.6NvFmmgNl2.6NNFFN（1）铁路的弯道）铁路的弯道: 如果在转弯处使外轨道略高于内轨道，火如果在转弯处使外轨道略高于内轨道，火 车受力不是竖直的，而是斜向轨道的内侧。它车受力不是竖直的，而是斜向轨道的内侧。它 与重力的合力指向圆心，成为使火车转弯的向与重力的合力指向圆心，成为使火车转弯的向 心力。心力。 如果根据如果根据R和火车行驶速度和火车行驶速度v适当调整内外适当调整内外 轨道的高度差，使转弯时所需要的向心力完全轨道的高度差，使转弯时所

19、需要的向心力完全 由重力由重力G和支持力和支持力FN的合力提供，这样外轨道就的合力提供，这样外轨道就 不再受轮缘的挤压了。不再受轮缘的挤压了。课课 堂堂 小小 结结 （2 2）汽车过桥问题：）汽车过桥问题： 分析步骤：分析步骤： 确定研究对象；确定研究对象； 分析汽车的受力情况；分析汽车的受力情况； 找圆心；找圆心； 确定确定F F合即合即F F向心力的方向；向心力的方向； 列方程，得结论。列方程，得结论。 结论：结论： 汽车对桥面的压力小于汽车的重力汽车对桥面的压力小于汽车的重力mgmg； 汽车行驶的速度越大，汽车对桥面的压汽车行驶的速度越大，汽车对桥面的压 力越小。力越小。（3 3）航天器

20、中的失重现象）航天器中的失重现象: : 结论：结论：在任何关闭了发动机，又不受阻力的在任何关闭了发动机，又不受阻力的 飞行器中都是一个完全失重的环境。飞行器中都是一个完全失重的环境。（4 4）离心运动：）离心运动： 如果向心力突然消失，物体由于惯性，会沿如果向心力突然消失，物体由于惯性，会沿 切线方向飞出去。如果物体受的合力不足以提切线方向飞出去。如果物体受的合力不足以提供向心力，物体虽不能沿切线方向飞出去，但会供向心力，物体虽不能沿切线方向飞出去，但会逐渐远离圆心逐渐远离圆心 。高高 考考 链链 接接 1.（98年上海高考题）发射地球同步卫星年上海高考题）发射地球同步卫星时先将卫星发射至近地

21、圆轨道时先将卫星发射至近地圆轨道2运行，最后再运行，最后再次点火将卫星送入同步圆轨道次点火将卫星送入同步圆轨道3，轨道，轨道1亚相切亚相切于于Q点，轨道点，轨道2、3相切于相切于P点，如图，则当卫点，如图，则当卫星分别在星分别在1、2、3轨道上正常运行时，以下说轨道上正常运行时，以下说法正确的是法正确的是 （ ）A卫星在轨道卫星在轨道3的速率大于在轨道的速率大于在轨道1上的上的速率速率B卫星在轨道卫星在轨道3的角速度小于在轨道的角速度小于在轨道1上上的角速度的角速度C卫星在轨道卫星在轨道1上经过上经过Q点时加速度大点时加速度大于它在轨道于它在轨道2上经过上经过Q点时加速度点时加速度D卫星在轨道

22、卫星在轨道2上经过上经过P点时加速度等点时加速度等于它在轨道于它在轨道3上经过上经过P点时加速度点时加速度 2.（09辽宁、宁夏）地球和木星绕太阳辽宁、宁夏）地球和木星绕太阳运行的轨道都可以看做是圆形的。已知木运行的轨道都可以看做是圆形的。已知木星的轨道半径约为地球轨道半径的星的轨道半径约为地球轨道半径的5.2倍，倍，则木星与地球绕太阳运行的线速度之比约则木星与地球绕太阳运行的线速度之比约为（为（ ）A. 0.19 B. 0.44 C. 2.3 D. 5.2 1. 在医院里使用离心机将用过的体温计中的水在医院里使用离心机将用过的体温计中的水银柱甩回玻璃泡里，将体温计放入离心机时，应将银柱甩回玻

23、璃泡里，将体温计放入离心机时，应将体温计的体温计的_（“玻璃泡一端玻璃泡一端”或或“温温度刻度一端度刻度一端”）靠近离心机的转轴。同样医生也可）靠近离心机的转轴。同样医生也可以根据水银柱的以根据水银柱的_，用手拿着体温计，用手拿着体温计甩动将水银柱甩回玻璃泡。甩动将水银柱甩回玻璃泡。课课 堂堂 练练 习习温度刻度一端温度刻度一端离心运动原理离心运动原理 2. 长度为长度为L=0.50m的轻质细杆的轻质细杆OA，A端有一端有一质量为质量为m=3.0kg的小球的小球,小球以小球以O点为圆心在竖直点为圆心在竖直平面内做圆周运动，通过最高点时小球的速率是平面内做圆周运动，通过最高点时小球的速率是2.0

24、m/s，（，（g=10m/s）则此时细杆）则此时细杆OA受的（受的（ ） A. 6.0N的拉力的拉力 B. 6.0N的压力的压力 C. 24N的压力的压力 D. 24N的拉力的拉力 3关于离心运动，下列说法中正确的关于离心运动，下列说法中正确的 ( ) A物体突然受到向心力的作用，将做离心物体突然受到向心力的作用，将做离心运动。运动。 B做匀速圆周运动的物体，在外界提供的做匀速圆周运动的物体，在外界提供的向心力突然变大时将做离心运动。向心力突然变大时将做离心运动。 C做匀速圆周运动的物体，只要向心力的做匀速圆周运动的物体，只要向心力的数值发生变化，就将做离心运动。数值发生变化，就将做离心运动。 D做匀速圆周运动的物体，当外界提供的做匀速圆周运动的物体，当外界提供的向心力突然消失或变小时将做离心运动。向心力突然消失或变小时将做离心运动。 4 4一圆盘可绕一通过圆盘中心一圆盘可绕一通过圆盘中心O O且垂直于且垂直于盘面的竖直轴转动，在圆盘上放置一个木块，盘面的竖直轴转动，在圆盘上放置一个木块，当圆盘匀角速转动时，木块随圆盘一起运动，当圆盘匀角速转动时，木块随圆盘一起运动，那么那么 ( )( ) A A木块受到圆盘对它的摩擦力，方向背离木块受到圆盘对它的摩擦力，方向背离