第4節(jié)　生活中的圓周運(yùn)動 教學(xué)課件

物理第六章圓周運(yùn)動第4節(jié)生活中的圓周運(yùn)動01必備知識素養(yǎng)奠基02關(guān)鍵能力素養(yǎng)形成03分層演練素養(yǎng)達(dá)標(biāo)[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1．會分析具體圓周運(yùn)動問題中向心力的來源，能解決生活中的圓周運(yùn)動問題．2．了解航天器中的失重現(xiàn)象及原因．3．了解離心運(yùn)動及物體做離心運(yùn)動的條件，知道離心運(yùn)動的應(yīng)用及危害．知識點(diǎn)1火車轉(zhuǎn)彎1．火車在彎道上的運(yùn)動特點(diǎn)火車在彎道上運(yùn)動時(shí)做圓周運(yùn)動，具有_______加速度，由于其質(zhì)量巨大，因此需要很_______的向心力．2．轉(zhuǎn)彎處內(nèi)外軌一樣高的缺點(diǎn)如果轉(zhuǎn)彎處內(nèi)外軌一樣高，則由_______對輪緣的彈力提供向心力，這樣鐵軌和車輪極易受損．向心大外軌3．鐵路彎道的特點(diǎn)(1)轉(zhuǎn)彎處_______略高于_______．(2)鐵軌對火車的支持力不是豎直向上的，而是斜向彎道的_______．(3)鐵軌對火車的支持力與火車所受重力的合力指向軌道的_______，它提供了火車以規(guī)定速度行駛時(shí)的__________．外軌內(nèi)軌內(nèi)側(cè)圓心向心力mg－FN小于大于[判一判](1)車輛在水平路面上轉(zhuǎn)彎時(shí)，所受重力與支持力的合力提供向心力．(

)(2)車輛在水平路面上轉(zhuǎn)彎時(shí)，所受摩擦力提供向心力．(

)(3)車輛在“內(nèi)低外高”的路面上轉(zhuǎn)彎時(shí)，受到的合力可能為零．(

)√××(4)車輛按規(guī)定車速通過“內(nèi)低外高”的彎道時(shí)，向心力是由重力和支持力的合力提供的．(

)(5)汽車在水平路面上勻速行駛時(shí)，對地面的壓力等于車重，加速行駛時(shí)大于車重．(

)(6)汽車在拱形橋上行駛，速度小時(shí)對橋面的壓力大于車重，速度大時(shí)壓力小于車重．(

)√××[想一想]1．(1)生活中我們經(jīng)常會看到美麗的拱形橋，而很少見到凹形橋，拱形橋有哪些優(yōu)點(diǎn)呢？汽車以恒定速率在一段凹凸不平的路面上行駛，最容易發(fā)生爆胎事故的是凹處還是凸處？

(2)高速公路轉(zhuǎn)彎處和場地自行車比賽的賽道，路面往往有一定的傾斜度．說說這樣設(shè)計(jì)的原因．提示：(1)拱形橋可以讓更大的船只通過，利于通航；汽車在拱形橋上行駛時(shí)重力與支持力的合力提供向心力，故車對橋面壓力比車重?。囋诎纪共黄降穆访嫘旭?，在凹處支持力大于重力，容易爆胎．(2)高速公路轉(zhuǎn)彎處和場地自行車比賽的賽道，路面有一定的傾斜度，使汽車或自行車重力的分力提供一部分向心力，這樣就減小了汽車或自行車所受地面的摩擦力．mg－FN完全失重知識點(diǎn)4離心運(yùn)動1．定義：做圓周運(yùn)動的物體沿切線飛出或______________圓心的運(yùn)動．2．原因：向心力突然_______或合力不足以提供______________．3．離心運(yùn)動的應(yīng)用和防止(1)應(yīng)用：離心干燥器；洗衣機(jī)的______________；離心制管技術(shù)．(2)防止：汽車在公路轉(zhuǎn)彎處必須______________；轉(zhuǎn)動的砂輪、飛輪的轉(zhuǎn)速不能太高．逐漸遠(yuǎn)離消失所需的向心力脫水桶限速行駛[想一想]2．可以把地球看作一個(gè)巨大的拱形橋(如圖)，橋面的半徑就是地球的半徑R.地面上有一輛汽車在行駛，所受重力G＝mg，地面對它的支持力是FN.

根據(jù)上面的分析，汽車速度越大，地面對它的支持力就越?。畷粫霈F(xiàn)這樣的情況：速度大到一定程度時(shí)，地面對車的支持力是0？這時(shí)駕駛員與座椅之間的壓力是多少？駕駛員軀體各部分之間的壓力是多少？他這時(shí)可能有什么感覺？1．(生活中的圓周運(yùn)動)(多選)下列有關(guān)生活中的圓周運(yùn)動實(shí)例分析，其中說法正確的是(

)A．汽車通過凹形橋的最低點(diǎn)時(shí)，車對橋的壓力大于汽車的重力B．在鐵路的轉(zhuǎn)彎處，通常要求外軌比內(nèi)軌高，目的是減輕輪緣與外軌的擠壓C．雜技演員表演“水流星”，當(dāng)“水流星”通過最高點(diǎn)時(shí)處于完全失重狀態(tài)，不受重力作用D．洗衣機(jī)脫水桶的脫水原理是水滴受到的離心力大于它受到的向心力，從而沿切線方向甩出√√2．(汽車轉(zhuǎn)彎問題)某段水平公路轉(zhuǎn)彎處彎道所在圓半徑為40m，汽車輪胎與路面間的動摩擦因數(shù)為0.25，假設(shè)最大靜摩擦力與滑動摩擦力相等，重力加速度g＝10m/s2，汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)不發(fā)生側(cè)滑的最大速率為(

)A．5m/s B．10m/sC．15m/s D．20m/s√3．(火車轉(zhuǎn)彎問題)如圖所示的是火車車輪在轉(zhuǎn)彎處的截面示意圖，軌道的外軌高于內(nèi)軌，在此轉(zhuǎn)彎處規(guī)定火車的行駛速度為v，則(

)

A．若火車通過此彎道時(shí)速度大于v，則火車的輪緣會擠壓外軌B．若火車通過此彎道時(shí)速度小于v，則火車的輪緣會擠壓外軌C．若火車通過此彎道時(shí)行駛速度等于v，則火車的輪緣會擠壓外軌D．若火車通過此彎道時(shí)行駛速度等于v，則火車對軌道的壓力小于火車的重力√解析：如圖所示為火車車輪在轉(zhuǎn)彎處的截面示意圖，軌道的外軌高于內(nèi)軌，在此轉(zhuǎn)彎處規(guī)定火車的行駛速度為v，則當(dāng)轉(zhuǎn)彎的實(shí)際速度大于規(guī)定速度時(shí)，火車所受的重力和支持力的合力不足以提供所需的向心力，火車有離心趨勢，故其外側(cè)車輪輪緣會與鐵軌相互擠壓，故A正確；當(dāng)轉(zhuǎn)彎的實(shí)際速度小于規(guī)定速度時(shí)，火車所受的重力和支持力的合力大于所需的向心力，火車有向心趨勢，故其內(nèi)側(cè)車輪輪緣會與鐵軌相互擠壓，故B錯(cuò)誤；4．(小車過橋問題)一輛卡車在丘陵地帶勻速率行駛，由于輪胎太舊，在駛過如圖所示的一段地形時(shí)爆胎了，你認(rèn)為爆胎的地點(diǎn)最有可能是在(

)

A．a(chǎn)處 B．b處C．c處 D．d處√探究一車輛的轉(zhuǎn)彎問題分析【情景導(dǎo)入】1．火車轉(zhuǎn)彎時(shí)的運(yùn)動是圓周運(yùn)動，分析火車的運(yùn)動回答下列問題：(1)如果軌道是水平的，火車轉(zhuǎn)彎時(shí)受到哪些力的作用？需要的向心力由誰來提供？(2)靠這種方式使火車轉(zhuǎn)彎有哪些危害？如何改進(jìn)？2．摩托車在平直公路轉(zhuǎn)彎和火車轉(zhuǎn)彎，它們的共同點(diǎn)是什么？提供向心力的方式一樣嗎？提示：1.(1)火車受重力、支持力、牽引力、摩擦力和外軌對火車的彈力作用，彈力提供火車轉(zhuǎn)彎所需的向心力．(2)對確定的彎道，火車轉(zhuǎn)彎時(shí)速度越大，需要的向心力越大，容易造成對外軌的損壞，甚至造成火車脫軌．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．2．摩托車在平直公路轉(zhuǎn)彎和火車轉(zhuǎn)彎都需要向心力，摩托車轉(zhuǎn)彎時(shí)摩擦力可以提供向心力，火車質(zhì)量太大，輪緣與外軌間的相互作用力太大，鐵軌和車輪極易受損，需要設(shè)置特別的軌道，由重力和支持力的合力提供向心力．1．火車轉(zhuǎn)彎問題(1)火車在彎道上的運(yùn)動特點(diǎn)火車在彎道上運(yùn)動時(shí)實(shí)際上是在水平面內(nèi)做圓周運(yùn)動，由于其質(zhì)量巨大，需要很大的向心力．【例1】有一列重為100t的火車，以72km/h的速率勻速通過一個(gè)內(nèi)外軌一樣高的彎道，軌道半徑為400m．(g取10m/s2)(1)試計(jì)算鐵軌受到的側(cè)壓力大??；(2)若要使火車以此速率通過彎道，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．[答案]

(1)1×105N

(2)0.1【例2】(多選)公路急轉(zhuǎn)彎處通常是交通事故多發(fā)地帶．如圖，某公路急轉(zhuǎn)彎處是一圓弧，當(dāng)汽車行駛的速率為vc時(shí)，汽車恰好沒有向公路內(nèi)外兩側(cè)滑動的趨勢．則在該彎道處(

)

A．路面外側(cè)高內(nèi)側(cè)低

B．車速只要低于vc，車輛便會向內(nèi)側(cè)滑動

C．車速高于vc，只要不超出某一最高限度，車輛便不會向外側(cè)滑動D．當(dāng)路面結(jié)冰時(shí)，與未結(jié)冰時(shí)相比，vc的值變小

√√[解析]

汽車以速率vc轉(zhuǎn)彎，需要指向內(nèi)側(cè)的向心力，汽車恰好沒有向公路內(nèi)外兩側(cè)滑動的趨勢，說明此處公路內(nèi)側(cè)較低外側(cè)較高，A正確．車速只要低于vc，車輛便有向內(nèi)側(cè)滑動的趨勢，但不一定向內(nèi)側(cè)滑動，B錯(cuò)誤．車速高于vc，由于車輪與地面間有摩擦力，只要不超出某一最高限度，車輛便不會向外側(cè)滑動，C正確．根據(jù)題述，汽車以速率vc轉(zhuǎn)彎，需要指向內(nèi)側(cè)的向心力，汽車恰好沒有向公路內(nèi)外兩側(cè)滑動的趨勢，沒有受到摩擦力，所以當(dāng)路面結(jié)冰時(shí)，與未結(jié)冰時(shí)相比，轉(zhuǎn)彎時(shí)vc的值不變，D錯(cuò)誤．[針對訓(xùn)練1]有一輛汽車在水平公路上做勻速圓周運(yùn)動．已知雙向四車道的總寬度為15m，內(nèi)車道內(nèi)邊緣間最遠(yuǎn)的距離為150m．假設(shè)汽車受到的最大靜摩擦力等于車重的0.64.g取10m/s2，則汽車(

)A．所受的合力可能為零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．最大速度不能超過24m/s√探究二汽車過橋問題與航天器中的失重現(xiàn)象【情景導(dǎo)入】(1)用兩根鐵絲彎成如圖所示的凹凸橋．把一個(gè)小球放在凹橋底部A，調(diào)節(jié)兩軌間的距離，使小球剛好不掉下去，但稍加一點(diǎn)壓力，小球就會撐開兩軌下落．讓小球從斜軌滾下，當(dāng)小球經(jīng)過凹橋底部時(shí)，你看到了什么？(2)把凹橋下的搭鉤扣上，并讓小球在凸橋頂端B靜止放置時(shí)，剛好能撐開兩軌下落．然后，讓小球再從斜軌滾下，當(dāng)小球經(jīng)過凸橋頂端時(shí)，你又看到了什么？提示：現(xiàn)象：(1)小球經(jīng)過凹橋底部時(shí)，從兩軌間掉了下來，對軌道的壓力大于小球的重力．(2)經(jīng)過凸橋頂端時(shí)，沒有從B點(diǎn)掉下而是飛出，對軌道的壓力小于小球的重力．1．汽車過橋問題(1)向心力來源汽車過凹凸橋的最高點(diǎn)或最低點(diǎn)時(shí)，在豎直方向受重力和支持力，其合力提供向心力．(2)汽車過凹凸橋壓力的分析與討論若汽車質(zhì)量為m，橋面圓弧半徑為R，汽車在最高點(diǎn)或最低點(diǎn)速率為v，則汽車對橋面的壓力大小情況討論如下：【例3】一輛質(zhì)量為800kg的汽車在圓弧半徑為50m的拱形橋上行駛(g取10m/s2)．(1)若汽車到達(dá)橋頂時(shí)速度為v1＝5m/s，求汽車對橋面的壓力大?。?2)求汽車以多大速度經(jīng)過橋頂時(shí)恰好對橋面沒有壓力；(3)汽車對橋面的壓力過小是不安全的，因此汽車過橋時(shí)的速度不能過大，對于同樣的車速，拱形橋圓弧的半徑大些比較安全，還是小些比較安全？(4)如果拱形橋的半徑增大到與地球半徑一樣大，汽車要在橋面上騰空，速度至少為多大？(已知地球半徑為6400km)

[答案]

(1)7600N

(2)22.4m/s

(3)同樣的車速，拱形橋圓弧半徑大些比較安全(4)8000m/s【例4】“神舟十三號”飛船繞地球的運(yùn)動可視為勻速圓周運(yùn)動，“神舟十三號”航天員在中國空間站中展示了微重力環(huán)境下的物理實(shí)驗(yàn)或現(xiàn)象，下列行為可以在中國空間站艙內(nèi)完成的是(

)A．用臺秤稱量重物的質(zhì)量B．用水杯喝水C．用沉淀法將水與沙子分離D．給小球一個(gè)很小的初速度，小球就能在豎直面內(nèi)做圓周運(yùn)動√[解析]

重物處于完全失重狀態(tài)，對臺秤的壓力為零，無法通過臺秤稱量重物的質(zhì)量，故A錯(cuò)誤；水杯中的水處于完全失重狀態(tài)，不會因重力而流入嘴中，故B錯(cuò)誤；沙子處于完全失重狀態(tài)，不能通過沉淀法與水分離，故C錯(cuò)誤；小球處于完全失重狀態(tài)，給小球一個(gè)很小的初速度，小球能在拉力作用下在豎直面內(nèi)做圓周運(yùn)動，故D正確．[針對訓(xùn)練3]隨著航天員在軌道艙內(nèi)停留時(shí)間的增加，體育鍛煉成了一個(gè)必不可少的環(huán)節(jié)，下列器材適宜航天員在軌道艙中進(jìn)行鍛煉的是(

)A．啞鈴 B．跑步機(jī)C．單杠 D．彈簧拉力器√解析：在太空中物體處于完全失重狀態(tài)，所以與重力有關(guān)的現(xiàn)象將消失，啞鈴靠重力進(jìn)行鍛煉；跑步機(jī)靠摩擦力進(jìn)行運(yùn)動，摩擦力必須有壓力，需要重力，單杠靠自身重力進(jìn)行鍛煉，彈簧拉力器不需要重力，A、B、C錯(cuò)誤，D正確．[針對訓(xùn)練4]公路在通過小型水庫的泄洪閘的下游時(shí)，常常要修建凹形橋，也叫“過水路面”．如圖所示，汽車通過凹形橋的最低點(diǎn)時(shí)(

)A．車對橋的壓力等于汽車的重力B．車對橋的壓力小于橋?qū)ζ嚨闹С至．汽車所需的向心力就是橋面對車的支持力D．為了防止爆胎，車應(yīng)低速駛過√探究三離心運(yùn)動【情景導(dǎo)入】鏈球比賽中，高速旋轉(zhuǎn)的鏈球被放手后會飛出(如圖甲所示)；雨天，當(dāng)你旋轉(zhuǎn)自己的雨傘時(shí)，會發(fā)現(xiàn)水滴沿著傘的邊緣切線飛出(如圖乙所示)．(1)鏈球飛出后受什么力？(2)你能說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)動的條件是什么？提示：(1)重力和空氣阻力．(2)旋轉(zhuǎn)雨傘時(shí)，雨滴也隨著運(yùn)動起來，但傘面上的雨滴受到的力不足以提供其做圓周運(yùn)動的向心力，雨滴由于慣性要保持其原來的速度方向而沿切線方向飛出．(3)物體受到的合力不足以提供所需的向心力．1．物體做離心運(yùn)動的原因：提供向心力的合外力突然消失，或者合外力不能提供足夠的向心力．注意：物體做離心運(yùn)動并不是物體受到離心力作用，而是由于合外力不能提供足夠的向心力．所謂“離心力”實(shí)際上并不存在．【例5】雨天在野外騎車時(shí)，在自行車的后輪輪胎上常會黏附一些泥巴，行駛時(shí)感覺很“沉重”．如果將自行車后輪撐起，使后輪離開地面而懸空，然后用手搖腳踏板，使后輪勻速轉(zhuǎn)動，泥巴就被甩下來．如圖所示，圖中a、b、c、d為后輪輪胎邊緣上的四個(gè)特殊位置，則(

)A．泥巴在圖中a、c位置的向心加速度大于b、d位置的向心加速度B．泥巴在圖中的b、c位置時(shí)最容易被甩下來C．泥巴在圖中的c位置時(shí)最容易被甩下來D．泥巴在圖中的a位置時(shí)最容易被甩下來√[解析]

a、b、c、d共軸轉(zhuǎn)動，角速度相等，半徑也相等，根