高中物理第六章圓周運(yùn)動(dòng)4.生活中的圓周運(yùn)動(dòng)課件必修第二冊(cè)

4.生活中的圓周運(yùn)動(dòng)課標(biāo)要求1.通過(guò)觀察模型了解火車(chē)車(chē)輪的特點(diǎn)，會(huì)分析火車(chē)轉(zhuǎn)彎時(shí)向心力的來(lái)源．(科學(xué)思維)2．通過(guò)對(duì)向心力公式的推導(dǎo)分析汽車(chē)過(guò)拱形橋時(shí)的受力和過(guò)凹形路面的最低點(diǎn)時(shí)的受力、理解航天器中的失重現(xiàn)象．(科學(xué)思維)3．分析生產(chǎn)、生活和航天科技中的圓周運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象，培養(yǎng)運(yùn)用概念、規(guī)律解釋現(xiàn)象和解決問(wèn)題的能力，增強(qiáng)責(zé)任心和使命感．(科學(xué)態(tài)度與責(zé)任)必備知識(shí)·自主學(xué)習(xí)關(guān)鍵能力·合作探究評(píng)價(jià)檢測(cè)·素養(yǎng)達(dá)成必備知識(shí)·自主學(xué)習(xí)

圓周運(yùn)動(dòng)向心2．火車(chē)轉(zhuǎn)彎時(shí)向心力的來(lái)源分析(1)若轉(zhuǎn)彎時(shí)內(nèi)外軌一樣高，火車(chē)轉(zhuǎn)彎時(shí)，外側(cè)車(chē)輪的輪緣【車(chē)輪與車(chē)軌有兩個(gè)接觸面】擠壓外軌，火車(chē)的向心力由外軌對(duì)車(chē)輪輪緣的________提供(如圖所示)，由于火車(chē)的質(zhì)量很大，轉(zhuǎn)彎所需的向心力很大，鐵軌和車(chē)輪極易受損．彈力(2)若轉(zhuǎn)彎時(shí)外軌略高于內(nèi)軌(如圖所示)，根據(jù)轉(zhuǎn)彎處軌道的半徑和規(guī)定的行駛速度，適當(dāng)調(diào)整內(nèi)外軌的高度差，使轉(zhuǎn)彎時(shí)所需的向心力【方向沿水平方向】幾乎完全由________和________的合力提供，從而減輕外軌與輪緣間的擠壓．重力支持力二、汽車(chē)過(guò)拱形橋項(xiàng)目汽車(chē)過(guò)凸形橋汽車(chē)過(guò)凹形橋受力分析向心力對(duì)橋的壓力FN′＝________FN′＝________結(jié)論汽車(chē)對(duì)橋的壓力小于汽車(chē)的重力，而且汽車(chē)速度越大，對(duì)橋的壓力________汽車(chē)對(duì)橋的壓力大于汽車(chē)的重力，而且汽車(chē)速度越大，對(duì)橋的壓力________mg－FNFN－mg

越小越大

完全失重四、離心運(yùn)動(dòng)1．定義：做圓周運(yùn)動(dòng)的物體沿著________飛出或做逐漸遠(yuǎn)離【不是沿半徑向外】圓心的運(yùn)動(dòng)．2．原因：向心力突然_______或合力不足以提供______________．3．離心運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用和防止(1)應(yīng)用：洗衣機(jī)的脫水筒；離心干燥器；離心制管技術(shù)；分離血漿和紅細(xì)胞的離心機(jī)．(2)防止：轉(zhuǎn)動(dòng)的砂輪、飛輪的轉(zhuǎn)速不能太高；在公路彎道，車(chē)輛不允許超過(guò)________________．切線方向消失所需的向心力規(guī)定的速度走

進(jìn)

生

活

如圖所示，某電視臺(tái)推出了一款?yuàn)蕵?lè)闖關(guān)節(jié)目，選手最容易失敗落水的地方是第四關(guān)“瘋狂轉(zhuǎn)盤(pán)”和第五關(guān)“高空滑索”．根據(jù)所學(xué)物理知識(shí)，判斷下列問(wèn)題：(1)選手進(jìn)入轉(zhuǎn)盤(pán)后，在轉(zhuǎn)盤(pán)中間比較安全．(

)(2)質(zhì)量越大的選手，越不容易落水．(

)(3)選手從最后一個(gè)轉(zhuǎn)盤(pán)的邊緣起跳去抓滑索時(shí)，起跳方向應(yīng)正對(duì)懸索．(

)√××關(guān)鍵能力·合作探究探究點(diǎn)一火車(chē)轉(zhuǎn)彎問(wèn)題分析情境探究火車(chē)在鐵軌上轉(zhuǎn)彎可以看成是勻速圓周運(yùn)動(dòng)．[交流討論](1)如果軌道是水平的，火車(chē)轉(zhuǎn)彎時(shí)受到哪些力的作用？需要的向心力由誰(shuí)來(lái)提供？(2)靠這種方式對(duì)火車(chē)轉(zhuǎn)彎有哪些危害？如何改進(jìn)？火車(chē)受重力、支持力、牽引力、摩擦力和外軌對(duì)火車(chē)的彈力作用．彈力提供火車(chē)轉(zhuǎn)彎所需的向心力．對(duì)確定的彎道，火車(chē)轉(zhuǎn)彎時(shí)速度越大，需要的向心力越大，容易造成對(duì)外軌的損壞，甚至造成火車(chē)脫軌．可以把彎道處建成外高內(nèi)低的斜面．由重力和支持力的合力提供向心力．核心歸納1.轉(zhuǎn)彎軌道特點(diǎn)(1)火車(chē)轉(zhuǎn)彎時(shí)重心高度不變，軌道是圓弧，軌道圓面在水平面內(nèi)．(2)轉(zhuǎn)彎軌道外高內(nèi)低，這樣的設(shè)計(jì)使火車(chē)受到的支持力向內(nèi)側(cè)發(fā)生傾斜，以提供火車(chē)做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力．

應(yīng)用體驗(yàn)例1有一列重為100t的火車(chē)，以72km/h的速率勻速通過(guò)一個(gè)內(nèi)外軌一樣高的彎道，軌道半徑為400m.(1)試計(jì)算鐵軌受到的側(cè)壓力．(2)若要使火車(chē)以此速率通過(guò)彎道，如圖所示，且使鐵軌受到的側(cè)壓力為零，我們可以適當(dāng)傾斜路基，試計(jì)算路基傾斜角度θ的正切值．105N

【視野拓展】汽車(chē)轉(zhuǎn)彎例2高速公路某彎道處，該段公路寬度為16m，內(nèi)外側(cè)的高度差為2m，某車(chē)道設(shè)計(jì)安全時(shí)速為108km/h(無(wú)側(cè)滑趨勢(shì))．已知角度較小時(shí)，角的正切值可近似等于正弦值，若g取10m/s2.該車(chē)道的轉(zhuǎn)彎半徑為(

)A．500m

B．720mC．700m

D．520m

【答案】

B【方法技巧】車(chē)輛轉(zhuǎn)彎問(wèn)題的分析方法求解車(chē)輛轉(zhuǎn)彎問(wèn)題，關(guān)鍵是對(duì)向心力的分析與求解，要合理建立“車(chē)輛轉(zhuǎn)彎”情景模型，注意把握如下幾點(diǎn)：(1)火車(chē)或汽車(chē)以適當(dāng)速度通過(guò)“外高內(nèi)低”的彎道時(shí)，由重力與支持力的合力提供向心力，其合力沿水平方向指向圓心．(2)火車(chē)在水平彎道上轉(zhuǎn)彎時(shí)，鐵軌對(duì)輪緣的彈力提供向心力．(3)汽車(chē)在水平路面上轉(zhuǎn)彎時(shí)，摩擦力提供向心力．

針對(duì)訓(xùn)練1(多選)火車(chē)在鐵軌上轉(zhuǎn)彎可以視為做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，火車(chē)速度提高易使外軌受損．為解決火車(chē)高速轉(zhuǎn)彎時(shí)使外軌受損這一難題，你認(rèn)為理論上可行的措施是(

)A．減小彎道半徑B．增大彎道半徑C．適當(dāng)減小內(nèi)外軌道的高度差D．適當(dāng)增加內(nèi)外軌道的高度差答案：BD

探究點(diǎn)二汽車(chē)過(guò)橋問(wèn)題分析

情境探究如圖所示，在某次軍事演習(xí)中，一輛戰(zhàn)車(chē)以恒定的速率在起伏不平的路面上行進(jìn)．[交流討論]戰(zhàn)車(chē)在哪一點(diǎn)時(shí)對(duì)路面的壓力最大？在哪一點(diǎn)時(shí)對(duì)路面的壓力最??？

應(yīng)用體驗(yàn)例3一輛質(zhì)量為800kg的汽車(chē)在圓弧半徑為50m的拱形橋上行駛(g取10m/s2)．(1)若汽車(chē)到達(dá)橋頂時(shí)速度為v1＝5m/s，求汽車(chē)對(duì)橋面的壓力大?。?600N(2)求汽車(chē)以多大速度經(jīng)過(guò)橋頂時(shí)恰好對(duì)橋面沒(méi)有壓力；(3)汽車(chē)對(duì)橋面的壓力過(guò)小是不安全的，因此汽車(chē)過(guò)橋時(shí)的速度不能過(guò)大．對(duì)于同樣的車(chē)速，拱形橋圓弧的半徑大些比較安全，還是小些比較安全？(4)如果拱形橋圓弧的半徑增大到與地球半徑一樣大，汽車(chē)要在橋面上騰空，速度至少為多大？(已知地球半徑為6400km)．22.4m/s

同樣的車(chē)速，拱形橋圓弧的半徑大些比較安全8000m/s

【方法技巧】對(duì)于汽車(chē)過(guò)橋問(wèn)題，具體的解題步驟如下：(1)選取研究對(duì)象，確定軌道平面、圓心位置和軌道半徑；(2)正確分析研究對(duì)象的受力情況，明確向心力是按作用效果命名的力，在受力分析時(shí)不能列出，明確向心力的來(lái)源；(3)根據(jù)平衡條件和牛頓運(yùn)動(dòng)定律列方程求解．

答案：C針對(duì)訓(xùn)練3

鄉(xiāng)間公路在通過(guò)小型水庫(kù)泄洪閘的下游時(shí)常常修成凹形路面，也叫“過(guò)水路面”．現(xiàn)有一“過(guò)水路面”的圓弧半徑為50m，一輛質(zhì)量為800kg的小汽車(chē)駛過(guò)“過(guò)水路面”．如圖所示，當(dāng)小汽車(chē)通過(guò)“過(guò)水路面”的最低點(diǎn)時(shí)速度為5m/s.g取10m/s2，則此時(shí)汽車(chē)對(duì)路面的壓力為多大？

答案：8400N探究點(diǎn)三對(duì)離心運(yùn)動(dòng)的理解情境探究鏈球比賽中，運(yùn)動(dòng)員放手后，原本高速旋轉(zhuǎn)的鏈球會(huì)飛出；雨天，當(dāng)你旋轉(zhuǎn)雨傘時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)水滴沿著傘的邊緣切線飛出．[交流討論](1)鏈球飛出后受幾個(gè)力？(2)你能說(shuō)出水滴沿著傘的邊緣切線飛出的原因嗎？(3)物體做離心運(yùn)動(dòng)的條件是什么？重力和空氣阻力．旋轉(zhuǎn)雨傘時(shí)，雨滴也隨著運(yùn)動(dòng)起來(lái)，但傘面上的雨滴受到的合力不足以提供其做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，雨滴由于慣性要保持其原來(lái)的速度方向而沿切線方向飛出．向心力突然消失或物體受到的合力不足以提供其運(yùn)動(dòng)所需的向心力．核心歸納1.離心運(yùn)動(dòng)的實(shí)質(zhì)物體逐漸遠(yuǎn)離圓心的運(yùn)動(dòng)，本質(zhì)是物體慣性的體現(xiàn)，從受力情況看是向心力不足．(1)產(chǎn)生離心運(yùn)動(dòng)的原因是合力突然消失或不足以提供所需的向心力，而不是物體又受到了“離心力”．(2)做離心運(yùn)動(dòng)的物體是做半徑越來(lái)越大的運(yùn)動(dòng)或沿切線方向飛出去的運(yùn)動(dòng)，而不是沿半徑方向飛出去．2．四種運(yùn)動(dòng)情況的判斷如圖所示，根據(jù)物體所受合外力與所需向心力的關(guān)系，可做如下判斷：應(yīng)用體驗(yàn)例4[2022·江蘇三校高一聯(lián)考]一質(zhì)量為×103kg的汽車(chē)在水平公路上行駛，路面對(duì)輪胎的徑向最大靜摩擦力為×104N，當(dāng)汽車(chē)經(jīng)過(guò)半徑為80m的水平彎道時(shí)，下列判斷正確的是(

)A．汽車(chē)轉(zhuǎn)彎時(shí)所受的力有重力、彈力、摩擦力和向心力B．汽車(chē)轉(zhuǎn)彎的速度為20m/s時(shí)所需的向心力為×104NC．汽車(chē)轉(zhuǎn)彎的速度為20m/s時(shí)汽車(chē)會(huì)發(fā)生側(cè)滑D．汽車(chē)能安全轉(zhuǎn)彎的向心加速度不超過(guò)7.0m/s2【答案】

D

教你解決問(wèn)題題干要點(diǎn)信息提取“水平公路上行駛”重力與支持力等大反向“最大靜摩擦力為1.4×104N”摩擦力提供向心力，最大值為1.4×104N“汽車(chē)經(jīng)過(guò)半徑為80m的彎道時(shí)”圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為80m針對(duì)訓(xùn)練4

(多選)洗衣機(jī)是現(xiàn)代家庭常見(jiàn)的電器設(shè)備．它是采用轉(zhuǎn)筒帶動(dòng)衣物旋轉(zhuǎn)的方式進(jìn)行脫水的，下列有關(guān)說(shuō)法中正確的是(

)A．脫水過(guò)程中，衣物是緊貼筒壁的B．加快脫水筒轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度，脫水效果會(huì)更好C．水能從筒中甩出是因?yàn)樗闻c衣物間的作用力不足以提供水滴需要的向心力D．靠近中心的衣物脫水效果比四周的衣物脫水效果好解析：脫水過(guò)程中，衣物由于離心作用而緊貼筒壁，A說(shuō)法正確；加快脫水筒轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度，脫水效果會(huì)更好，B說(shuō)法正確；水能從筒中甩出是因?yàn)樗闻c衣物間的作用力不足以提供水滴需要的向心力而做離心運(yùn)動(dòng)，C說(shuō)法正確；四周的衣物脫水效果比靠近中心的衣物脫水效果好，D說(shuō)法錯(cuò)誤．答案：ABC評(píng)價(jià)檢測(cè)·素養(yǎng)達(dá)成

答案：C

答案：C

答案：C

4.[2022·廣東清遠(yuǎn)高一聯(lián)考](多