《生活中的圆周运动》课件

第六章圆周运动4生活中的圆周运动学习目标学法指导1.学会根据火车转弯建立物理模型，分析水平面内的圆周运动问题2．学会根据汽车过拱桥建立模型，分析竖直面内圆周运动问题3．知道离心运动，会分析离心运动发生的原因、危害和应用4．能分析竖直平面圆周运动中绳、杆等模型向心力与弹力的计算，掌握临界速度的计算1.通过观察模型了解火车车轮的特点进而了解火车转弯时向心力的来源2．通过对向心力来源的分析及公式的推导分析汽车过拱形桥和凹形桥时的受力、航天器中的失重现象3．从向心力的作用效果出发分析离心运动，掌握物体做离心运动的条件知识导图预习导学|新知领悟1．运动特点火车在弯道上运动时可看作圆周运动，因而具有__________，由于其质量巨大，需要很大的向心力．2．轨道设计转弯处外轨略________(填“高”或“低”)于内轨，火车转弯时铁轨对火车的支持力FN的方向是_____________，它与重力的合力指向________，为火车转弯提供一部分向心力．火车转弯向心加速度高垂直轨道向上圆心3．向心力的来源依据弯道的半径和规定的行驶速度，适当选择内轨和外轨的高度差，使转弯时所需的向心力几乎完全由______和________的合力来提供．重力支持力【答案】铁路平直地方内轨和外轨一样高，转弯处外轨道高内轨道低更安全．铁路的内轨道和外轨道做得一样高，火车才更安全吗？凸形桥和凹形桥的对比汽车过拱形桥mg－FNFN－mg

项目汽车过凸形桥最高点汽车过凹形桥最低点对桥的压力FN′＝________FN′＝________结论汽车对桥的压力小于汽车的重力，而且汽车速度越大，对桥的压力______________汽车对桥的压力大于汽车的重力，而且汽车速度越大，对桥的压力_________越小越大【答案】压力要大于车的重力．汽车过凹形地面底部时，对地面底部的压力等于车重吗？

如图，把地球看作一个巨大的拱形桥，当汽车的速度增大时，地面对它的支持力怎样变化？汽车有可能飞离地球吗？【答案】速度增大，支持力减小，速度大到一定程度时，汽车有可能飞离地球．航天器中的失重现象mg－FN

完全失重无压力【答案】是绕地球做匀速圆周运动的航天器中的宇航员及所有物体均处于完全失重状态吗？1．定义原来做圆周运动的物体沿切线方向飞出或做逐渐________的运动．2．原因向心力突然消失或外力不足以提供所需__________.离心运动远离圆心向心力【答案】不是．而是沿原来速度方向飞出，即沿圆的切线方向飞出．做圆周运动的物体所受合外力突然消失，物体将沿圆周的半径方向飞出吗？A．沿切线方向 B．指向圆心C．背离圆心 D．没有相对运动趋势【答案】C【解析】小物块随圆盘一起做匀速圆周运动需要沿半径指向圆心的向心力，提供向心力的只能是圆盘对小物块的静摩擦力．因此，小物块相对圆盘有背离圆心的运动趋势，故C正确．

如图所示，小物块A与圆盘始终保持相对静止，跟着圆盘一起做匀速圆周运动．下列有关A相对圆盘而言的运动趋势的说法正确的是(

)多维课堂|

素养初培如图为正在转弯的火车，可认为火车转弯时，实际是在做圆周运动，因而需要向心力．试分析讨论以下问题：火车转弯问题的分析问题(1)如果铁路弯道的内轨和外轨一样高，火车在转弯时的向心力由什么力提供？会导致怎样的后果？(2)实际上在铁路的弯道处外轨略高于内轨，试从向心力的来源分析这样做有怎样的优点．(3)火车速度为多大时恰好对外轨和内轨都没有侧压力？【答案】(1)如果铁路弯道的内轨和外轨一样高，火车在竖直方向所受重力与支持力平衡，其向心力由外侧车轮的轮缘挤压外轨，使外轨发生弹性形变，由轮缘产生的弹力来提供(如图甲)；由于火车的质量太大，轮缘与外轨间的相互作用力太大，会使铁轨和车轮极易受损．还可能使火车侧翻．(2)如果弯道处外轨略高于内轨，火车在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，为火车转弯提供一部分向心力(如图乙)，从而减轻轮缘与外轨的挤压．探究总结1．当火车行驶速度v等于规定速度v0时，所需向心力仅由重力和弹力的合力提供，此时内轨和外轨对火车无挤压作用．2．当火车行驶速度v与规定速度v0不相等时，火车所需向心力不再仅由重力和弹力的合力提供，此时内轨和外轨适时对火车轮缘有挤压作用，具体情况如下：(1)当火车行驶速度v>v0时，外轨道对轮缘有向弯内侧压力．(2)当火车行驶速度v<v0时，内轨道对轮缘有向弯外侧压力．精练1

一段铁路转弯处，内轨和外轨高度差为h＝10cm，弯道半径为r＝625m，轨道斜面长l＝1435mm，求这段弯道的设计速度v0是多大？并讨论当火车速度大于v0时对外轨的侧压力和小于v0时对内轨的侧压力．(g取10m/s2)【答案】C如图所示，甲、乙分别为汽车在凸形桥、凹形桥上行驶的示意图，汽车在拱形桥上行驶时可以看作圆周运动．试根据上述情景讨论以下问题：汽车过拱桥问题分析问题(1)当汽车行驶到凸形桥的桥顶时，向心力由什么力提供？汽车对桥面的压力有什么特点？(2)汽车对桥面的压力与车速有什么关系？试分析汽车在桥顶行驶的最大速度．(3)当汽车行驶到凹形桥的最低点时，向心力由什么力提供？汽车对桥面的压力有什么特点？探究总结精练2如图所示，质量m＝2.0×104kg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60m，如果桥面承受的压力不超过3.0×105N，则汽车允许的最大速率是多少？(g取10m/s2)【解析】如图所示，由受力分析可知，汽车驶至凹形桥面的底部时，合力向上，此时车对桥面压力最大．变式2公路上的拱形桥是常见的，汽车过桥时的运动可以看作匀速圆周运动，如图所示，汽车通过桥的最高点时

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)A．车对桥的压力等于汽车的重力B．车的速度越大，车对桥面的压力越小C．车的速度越大，车对桥面的压力越大D．如果车在最高点速度大到使汽车对地面的压力为零，则此时驾驶员有超重的感觉【答案】B如图，滑冰的人以飞快的速度转弯，如果身体控制不当，人很容易发生侧摔．根据此现象思考以下问题：离心运动实例分析问题(1)有人说，物体做离心运动是由于受到“离心力”的作用．你认为正确吗？(2)产生离心运动的原因是什么？【答案】(1)不正确．物体做离心运动是因为当物体所受的合外力突然消失或不足以提供向心力时，物体做远离圆心的运动，物体并不受“离心力”，其运动方向也不是沿半径方向向外运动，而是沿切线方向或沿曲率半径逐渐增大的曲线远离圆心．(2)做圆周运动的物体，由于本身的惯性，总有可能沿着圆周切线方向飞出去．当F＝mω2r时，物体做匀速圆周运动；当F＝0时，物体沿切线方向飞出；当F<mω2r时，物体逐渐远离圆心．2．常见的离心运动精练3

如图是摩托车比赛转弯时的情形．转弯处路面常是外高内低，摩托车转弯有一个最大安全速度，若超过此速度，摩托车将发生侧滑．对于摩托车滑动的问题．下列论述正确的是

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)A．摩托车一直受到沿半径方向向外的离心力作用B．摩托车所受外力的合力小于所需的向心力C．摩托车将沿其线速度的方向沿直线滑去D．摩托车将沿其半径方向沿直线滑去【答案】B【解析】摩托车受重力、地面支持力和地面的摩擦力作用，没有离心力，故A错误；摩托车正常转弯时可看作是做匀速圆周运动，所受的合力等于向心力，如果向外滑动，说明提供的合力小于需要的向心力，故B正确；摩托车将沿曲线做离心运动，故C、D错误．变式3

(霞山区名校期中)如图所示，一个小球在F作用下以速率v做匀速圆周运动，若从某时刻起，小球的运动情况发生了变化，对于引起小球沿a、b、c三种轨迹运动的原因，下列说法正确的是(

)A．沿a轨迹运动，可能是F减小了一些B．沿b轨迹运动，一定是v增大了C．沿b轨迹运动，可能是F减小了D．沿c轨迹运动，一定是v减小了【答案】C核心素养微专题

实际圆周运动的模型构建如图是过山车和它的简化模型图．过山车问题是典型的竖直面内的圆周运动．(1)向心力来源：受力如图，重力G和支持