第4节　生活中的圆周运动 教学课件

物理第六章圆周运动第4节生活中的圆周运动01必备知识素养奠基02关键能力素养形成03分层演练素养达标[学习目标]1．会分析具体圆周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．知识点1火车转弯1．火车在弯道上的运动特点火车在弯道上运动时做圆周运动，具有_______加速度，由于其质量巨大，因此需要很_______的向心力．2．转弯处内外轨一样高的缺点如果转弯处内外轨一样高，则由_______对轮缘的弹力提供向心力，这样铁轨和车轮极易受损．向心大外轨3．铁路弯道的特点(1)转弯处_______略高于_______．(2)铁轨对火车的支持力不是竖直向上的，而是斜向弯道的_______．(3)铁轨对火车的支持力与火车所受重力的合力指向轨道的_______，它提供了火车以规定速度行驶时的__________．外轨内轨内侧圆心向心力mg－FN小于大于[判一判](1)车辆在水平路面上转弯时，所受重力与支持力的合力提供向心力．(

)(2)车辆在水平路面上转弯时，所受摩擦力提供向心力．(

)(3)车辆在“内低外高”的路面上转弯时，受到的合力可能为零．(

)√××(4)车辆按规定车速通过“内低外高”的弯道时，向心力是由重力和支持力的合力提供的．(

)(5)汽车在水平路面上匀速行驶时，对地面的压力等于车重，加速行驶时大于车重．(

)(6)汽车在拱形桥上行驶，速度小时对桥面的压力大于车重，速度大时压力小于车重．(

)√××[想一想]1．(1)生活中我们经常会看到美丽的拱形桥，而很少见到凹形桥，拱形桥有哪些优点呢？汽车以恒定速率在一段凹凸不平的路面上行驶，最容易发生爆胎事故的是凹处还是凸处？

(2)高速公路转弯处和场地自行车比赛的赛道，路面往往有一定的倾斜度．说说这样设计的原因．提示：(1)拱形桥可以让更大的船只通过，利于通航；汽车在拱形桥上行驶时重力与支持力的合力提供向心力，故车对桥面压力比车重小．车在凹凸不平的路面行驶，在凹处支持力大于重力，容易爆胎．(2)高速公路转弯处和场地自行车比赛的赛道，路面有一定的倾斜度，使汽车或自行车重力的分力提供一部分向心力，这样就减小了汽车或自行车所受地面的摩擦力．mg－FN完全失重知识点4离心运动1．定义：做圆周运动的物体沿切线飞出或______________圆心的运动．2．原因：向心力突然_______或合力不足以提供______________．3．离心运动的应用和防止(1)应用：离心干燥器；洗衣机的______________；离心制管技术．(2)防止：汽车在公路转弯处必须______________；转动的砂轮、飞轮的转速不能太高．逐渐远离消失所需的向心力脱水桶限速行驶[想一想]2．可以把地球看作一个巨大的拱形桥(如图)，桥面的半径就是地球的半径R.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．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？他这时可能有什么感觉？1．(生活中的圆周运动)(多选)下列有关生活中的圆周运动实例分析，其中说法正确的是(

)A．汽车通过凹形桥的最低点时，车对桥的压力大于汽车所受重力B．在铁路的转弯处，通常要求外轨比内轨高，目的是减轻轮缘与外轨的挤压C．杂技演员表演“水流星”，当“水流星”通过最高点时处于完全失重状态，不受重力作用D．洗衣机脱水桶的脱水原理是水滴受到的离心力大于它受到的向心力，从而沿切线方向甩出√√√3．(小车过桥问题)(多选)如图是汽车分别经过拱形桥最高点和凹形桥最低点的情形．下列说法正确的是(

)

A．过拱形桥最高点时汽车所受支持力大于重力B．过凹形桥最低点时汽车所受支持力大于重力C．过拱形桥最高点时汽车所受支持力小于重力D．过凹形桥最低点时汽车所受支持力小于重力√√探究一车辆的转弯问题分析【情景导入】1．火车转弯时的运动是圆周运动，分析火车的运动回答下列问题：(1)如果轨道是水平的，火车转弯时受到哪些力的作用？需要的向心力由谁来提供？(2)靠这种方式使火车转弯有哪些危害？如何改进？2．摩托车在平直公路转弯和火车转弯，它们的共同点是什么？提供向心力的方式一样吗？提示：1.(1)火车受重力、支持力、牵引力、摩擦力和外轨对火车的弹力作用，弹力提供火车转弯所需的向心力．(2)对确定的弯道，火车转弯时速度越大，需要的向心力越大，容易造成对外轨的损坏，甚至造成火车脱轨．可以把弯道处建成外高内低的斜面，由重力和支持力的合力提供向心力．2．摩托车在平直公路转弯和火车转弯都需要向心力，摩托车转弯时摩擦力可以提供向心力，火车质量太大，轮缘与外轨间的相互作用力太大，铁轨和车轮极易受损，需要设置特别的轨道，由重力和支持力的合力提供向心力．1．火车转弯问题(1)火车在弯道上的运动特点火车在弯道上运动时实际上是在水平面内做圆周运动，由于其质量巨大，需要很大的向心力．√√【例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vc时，汽车恰好没有向公路内外两侧滑动的趋势．在该弯道处(

)

A．路面外侧高内侧低

B．车速只要低于vc，车辆便会向内侧滑动

C．车速高于vc，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，vc的值变小

√√[解析]

汽车以速率vc转弯，需要指向内侧的向心力，汽车恰好没有向公路内外两侧滑动的趋势，说明此处公路内侧较低外侧较高，A正确．车速只要低于vc，车辆便有向内侧滑动的趋势，但不一定向内侧滑动，B错误．车速高于vc，由于车轮与地面间有摩擦力，只要不超出某一最高限度，车辆便不会向外侧滑动，C正确．根据题述，汽车以速率vc转弯，需要指向内侧的向心力，汽车恰好没有向公路内外两侧滑动的趋势，没有受到摩擦力，所以当路面结冰时，与未结冰时相比，转弯时vc的值不变，D错误．[针对训练1]有一辆汽车在水平公路上做匀速圆周运动．已知双向四车道的总宽度为15m，内车道内边缘间最远的距离为150m．假设汽车受到的最大静摩擦力等于车重的0.64.g取10m/s2，则汽车(

)A．所受的合力可能为零B．只受重力和地面支持力的作用C．所需的向心力可能由重力和支持力的合力提供D．最大速度不能超过24m/s√探究二汽车过桥问题与航天器中的失重现象【情景导入】(1)用两根铁丝弯成如图所示的凹凸桥．把一个小球放在凹桥底部A，调节两轨间的距离，使小球刚好不掉下去，但稍加一点压力，小球就会撑开两轨下落．让小球从斜轨滚下，当小球经过凹桥底部时，你看到了什么？(2)把凹桥下的搭钩扣上，并让小球在凸桥顶端B静止放置时，刚好能撑开两轨下落．然后，让小球再从斜轨滚下，当小球经过凸桥顶端时，你又看到了什么？提示：现象：(1)小球经过凹桥底部时，从两轨间掉了下来，对轨道的压力大于小球的重力．(2)经过凸桥顶端时，没有从B点掉下而是飞出，对轨道的压力小于小球的重力．1．汽车过桥问题(1)向心力来源汽车过凹凸桥的最高点或最低点时，在竖直方向受重力和支持力，其合力提供向心力．(2)汽车过凹凸桥压力的分析与讨论若汽车质量为m，桥面圆弧半径为R，汽车在最高点或最低点速率为v，则汽车对桥面的压力大小情况讨论如下：【例3】一辆质量为800kg的汽车在圆弧半径为50m的拱形桥上行驶(g取10m/s2)．(1)若汽车到达桥顶时速度为v1＝5m/s，求汽车对桥面的压力大小；(2)求汽车以多大速度经过桥顶时恰好对桥面没有压力；(3)汽车对桥面的压力过小是不安全的，因此汽车过桥时的速度不能过大，对于同样的车速，拱形桥圆弧的半径大些比较安全，还是小些比较安全？(4)如果拱形桥的半径增大到与地球半径一样大，汽车要在桥面上腾空，速度至少为多大？(已知地球半径为6400km)

[答案]

(1)7600N

(2)22.4m/s

(3)同样的车速，拱形桥圆弧半径大些比较安全(4)8000m/s【例4】(多选)(2023·四川成都期末)某航天员乘着飞行器绕地球做匀速圆周运动，下列描述正确的是(

)A．航天员处于完全失重状态B．航天员对座椅的压力小于航天员自身所受的重力C．航天员没有受到重力的作用D．航天员可以将重物挂在弹簧测力计上测物体所受的重力√√[解析]

航天员所受地球引力产生向心加速度，为完全失重状态，则其对座椅的压力小于航天员所受的重力，故A、B正确；完全失重并非不受重力，故C错误；完全失重，重物对弹簧测力计的拉力为0，不能用弹簧秤测量质量，故D错误．[针对训练3]随着航天员在轨道舱内停留时间的增加，体育锻炼成了一个必不可少的环节，下列器材适宜航天员在轨道舱中进行锻炼的是(

)A．哑铃 B．跑步机C．单杠 D．弹簧拉力器√解析：在太空中物体处于完全失重状态，所以与重力有关的现象将消失，哑铃靠重力进行锻炼；跑步机靠摩擦力进行运动，摩擦力必须有压力，需要重力，单杠靠自身重力进行锻炼，弹簧拉力器不需要重力，A、B、C错误，D正确．√探究三离心运动【情景导入】链球比赛中，高速旋转的链球被放手后会飞出(如图甲所示)；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(如图乙所示)．(1)链球飞出后受什么力？(2)你能说出水滴沿着伞的边缘切线飞出的原因吗？(3)物体做离心运动的条件是什么？提示：(1)重力和空气阻力．(2)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．(3)物体受到的合力不足以提供所需的向心力．1．物体做离心运动的原因：提供向心力的合外力突然消失，或者合外力不能提供足够的向心力．注意：物体做离心运动并不是物体受到离心力作用，而是由于合外力不能提供足够的向心力．所谓“离心力”实际上并不存在．【例5】(多选)离心沉淀器可以加速物质的沉淀，它的示意图如图所示，试管中先装水，再加入粉笔末后搅拌均匀，当试管绕竖直轴高速旋转时，两个试管几乎成水平状态，然后可观察到粉笔末沉淀在试管的底端，则(

)A．旋转越快，试管的高度越低B．粉笔末向试管底部运动是一种离心现象C．旋转越快，粉笔末的沉淀现象越明显D．旋转越快，粉笔末的沉淀现象越不明显√√[解析]

对试管整体分析，整体受到的合力提供向心力，设试管中心线与竖直方向夹角为α，则提供的向心力为mgtanα，当转速增大时，需要的向心力增大，故角度α增大，管越高，A错误；离心沉淀器是一种离心设备，不同的物质混合，当离心沉淀器工作时，会发生离心现象，B正确；转速越快，离心运动越剧烈，粉笔末分层越明显，C正确，D错误．[针对训练5]

(多选)洗衣机的脱水筒采用带动衣物旋转的方式脱水，下列说法正确的是(

)A．脱水过程中，衣物是紧贴筒壁的B．加快脱水筒转动角速度，脱水效果会更好C．靠近中心的衣物脱水效果不如四周的衣物脱水效果好D．水会从筒中甩出是因为水滴受到的向心力很大√