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高中物理人教版 (2019)必修 第二册第六章 圆周运动4 生活中的圆周运动授课课件ppt
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这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第二册第六章 圆周运动4 生活中的圆周运动授课课件ppt，共43页。PPT课件主要包含了知识点一火车转弯，圆周运动，弹性形变，向心力，观图助学，G－FN，FN－G，mg－FN，完全失重，知识点四离心运动等内容，欢迎下载使用。
[观图助学]火车转弯时外轨与内轨的高度一样吗？火车转弯的向心力来源是什么？火车的车轮设计有什么特点？
1.火车在弯道上的运动特点：火车转弯时实际是在做____________，因而具有_______加速度，由于其质量巨大，需要很大的向心力。2.向心力的来源(1)如果铁路弯道的内外轨一样高，火车转弯时，外侧车轮的轮缘挤压外轨，使外轨发生______________，外轨对轮缘的________是火车转弯所需__________的主要来源(如图所示)。
(2)如果在弯道处使外轨略高于内轨(如图所示)，火车转弯时铁轨对火车的支持力FN的方向不再是_________的，而是斜向_______的内侧，它与重力G的合力指向圆心，为火车转弯提供了一部分向心力。适当选择内外轨的_________差，使转弯时所需的向心力几乎完全由重力G和支持力FN的________来提供。
[思考判断](1)火车弯道的半径很大，故火车转弯需要的向心力很小。( )(2)火车转弯时的向心力一定是重力与铁轨支持力的合力提供的。( )(3)火车通过弯道时必须按规定速度行驶。( )
火车车轮的特点火车的车轮有凸出的轮缘，火车在铁轨上运行时，车轮与铁轨有水平与竖直两个接触面，这种结构特点，主要是避免火车运行时脱轨，如图所示。
知识点二 汽车过拱形桥
同一辆汽车先后经过凹形区域和凸形区域，在哪一区域汽车对地面的压力更大？
汽车过拱形桥与凹形路面的比较
[思考判断](1)汽车驶过拱形桥最高点，对桥的压力可能等于零。( )(2)汽车过拱形桥或凹形路面时，向心加速度的方向都是竖直向上的。( )(3)汽车驶过凹形路面最低点时，对路面的压力一定大于重力。( )
拱形桥 凹形路面
知识点三 航天器中的失重现象
[思考判断](1)绕地球运动的航天器中的物体因摆脱了地球引力而漂浮起来。( )(2)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。( )
(1)摩托车赛车过弯道时为什么向内侧倾斜？车速过快容易向哪一侧甩出去？ (2)滑雪运动员过弯道时为什么向内侧倾斜？更容易向哪一侧甩出去？ (3)在游乐园里玩“魔盘”游戏的人，为什么会被抛到盘的边缘地带？
1.定义：物体沿切线飞出或做_______________圆心的运动。2.原因：向心力突然消失或合力不足以提供______________。3.应用：洗衣机的______________，制作无缝钢管、水泥管道、水泥电线杆等。[思考判断](1)做离心运动的物体沿半径方向远离圆心。( )(2)做圆周运动的物体突然失去向心力时沿切线方向远离圆心。( )(3)做圆周运动的物体只有突然失去向心力时才做离心运动。( )
在转弯的地方，汽车的行驶速度不允许超过限定的值，以免因为离心运动造成交通事故
被雨伞甩出的雨滴做离心运动
核心要点一 铁路的弯道问题
1.火车车轮的特点：火车的车轮有凸出的轮缘，火车在铁轨上运行时，车轮与铁轨有水平与竖直两个接触面。这种结构特点，主要是避免火车运行时脱轨，如图所示。
2.圆周平面的特点：弯道处外轨高于内轨，但火车在行驶过程中，重心高度不变，即火车的重心轨迹在同一水平面内，火车的向心加速度和向心力均沿水平面指向圆心。3.向心力的来源分析：火车速度合适时，火车受重力和支持力作用，火车转弯所需的向心力完全由重力和支持力的合力提供，合力沿水平方向，大小F＝mgtan θ。
5.轨道压力分析(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，此时火车对内、外轨道无挤压作用。(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、外轨道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，外轨道对轮缘有侧压力。②当火车行驶速度v
火车以规定速度通过弯道时，火车的重力和支持力的合力提供向心力。
规定速度规定速度
A.减小内、外轨的高度差 B.增加内、外轨的高度差C.减小弯道半径 D.增大弯道半径
解析 当火车以规定速度通过弯道时，火车的重力和支持力的合力提供向心力，如图所示：
【误区警示】 火车转弯问题的两点注意(1)合外力的方向：火车转弯时，火车所受合外力沿水平方向指向圆心，而不是沿轨道斜面向下。因为火车转弯的圆周平面是水平面，不是斜面，所以火车的向心力即合外力应沿水平面指向圆心。(2)规定速度的唯一性：火车轨道转弯处的规定速率一旦确定则是唯一的，火车只有按规定的速率转弯，内外轨才不受火车的挤压作用。速率过大时，由重力、支持力及外轨对轮缘的弹力的合力提供向心力；速率过小时，由重力、支持力及内轨对轮缘的弹力的合力提供向心力。
解析 列车转弯时实际是在做圆周运动，若内轨和外轨一样高，则列车做圆周运动的向心力由外轨对轮缘的弹力提供，但由于列车质量太大，轮缘与外轨间的弹力太大，铁轨与车轮极易受损，可能造成翻车事故；若转弯处内轨高于外轨，列车在转弯时由于自身重力和离心的原因有向外倾倒的可能；若转弯处外轨比内轨略高，此时列车转弯所需的向心力可由列车的重力和铁轨的支持力的合力提供，选项C正确。答案 C
[针对训练1] 关于铁路转弯处内轨和外轨间的高度关系，下列说法中正确的是( )A.内轨和外轨一样高，以防列车倾倒B.因为列车在转弯处有向内倾倒的可能，故一般使内轨高于外轨，以防列车倾倒C.外轨比内轨略高，这样可以使列车顺利转弯，减少车轮与铁轨间的挤压D.以上说法都不对
核心要点二 汽车过拱桥的分析[问题探究](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，使球刚好不掉下去，但稍加一点压力，球就会撑开两轨下落。让球从斜轨滚下，当球经过凹桥底部时，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，当球经过凸桥顶端时，你又看到了什么？
答案 (1)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，没有掉下来，对轨道的压力小于小球的重力。
[探究归纳]1.汽车驶至凹形桥面的底部时，合力向上，加速度向上，处于超重，此时车对桥面的压力最大；汽车驶至凸形桥面的顶部时，合力向下，加速度向下，处于失重，此时车对桥面的压力最小。
[试题案例][例2] 如图所示，桥面为圆弧形的立交桥AB，横跨在水平路面上，长为L＝160 m，桥高h＝35 m。可以认为桥的两端A、B与水平路面的连接处是平滑的，一辆质量m＝2.0 t 的小轿车，驶过半径R＝90 m的一段 ，重力加速度g＝10 m/s2，则：
隐含：小轿车做圆周运动。
(1)若桥面为凸形，轿车以v1＝10 m/s的速度通过桥面最高点时，对桥面压力是多大？(2)若轿车通过凸形桥面顶点时，对 ，则速度v2是多大？(3)若轿车 ，求轿车到达水平路面时速度的大小及其方向与水平方向夹角的余弦值。
隐含：在轨道的最高点只有重力提供向心力。
隐含：轿车通过顶点后将做平抛运动。
以问题(2)中的速度v2通过凸形桥面顶点
答案 (1)1.78×104 N (2)30 m/s (3)40 m/s 0.75
[针对训练2] 如图所示，一质量为m的汽车，以某一速度通过凸形路面的最高处时对路面的压力为F1，通过凹形路面最低处时对路面的压力为F2，则( )
A.F1＝mg B.F1＜mg C.F2＝mg D.F2＜mg
解析 汽车过凸形路面的最高点时，设速度为v，半径为r，竖直方向上合力提供向心力，由牛顿第二定律得
得F2′＞mg，根据牛顿第三定律得F2＝F2′＞mg，故选项C、D错误。答案 B
[针对训练3] 一辆运输西瓜的小汽车(可视为质点)，以大小为v的速度经过一座半径为R的拱形桥。在桥的最高点，其中一个质量为m的西瓜A(位置如图所示)受到周围的西瓜对它的作用力的大小为( )
核心要点三 离心运动[问题探究]公路拐弯处都设置比平直公路更低的限速，赛车场设计的车道外高内低，请分析其中包含的物理原理？
[探究归纳] 1.离心运动的实质：离心运动是物体逐渐远离圆心的一种物理现象，它的本质是物体惯性的表现。做圆周运动的物体，总是有沿着圆周切线方向飞出去的倾向，之所以没有飞出去，是因为向心力的作用。2.离心运动的条件：做圆周运动的物体，提供向心力的外力突然消失或者外力不能提供足够大的向心力。
[试题案例][例3] 如图所示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，摩托车将发生滑动。关于摩托车滑动的问题，下列论述正确的是( )
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
解析 摩托车只受重力、地面支持力和地面的摩擦力作用，没有离心力，选项A错误；摩托车正常转弯时可看作匀速圆周运动，所受的合力等于向心力，如果向外滑动，说明提供的向心力即合力小于需要的向心力，选项B正确；摩托车将在沿线速度方向与半径向外的方向之间做离心曲线运动，选项C、D错误。答案 B
[针对训练4] (多选)如图所示，光滑水平面上，质量为m的小球在拉力F作用下做匀速圆周运动。若小球运动到P点时，拉力F发生变化，下列关于小球运动情况的说法中正确的是( )
A.若拉力突然变大，小球将沿轨迹Pb做离心运动B.若拉力突然变小，小球将沿轨迹Pb做离心运动C.若拉力突然消失，小球将沿轨迹Pa做离心运动D.若拉力突然变小，小球将沿轨迹Pc做近心运动
解析 若拉力突然变大，则小球将做近心运动，不会沿轨迹Pb做离心运动，A项错误；若拉力突然变小，则小球将做离心运动，但由于力与速度有一定的夹角，故小球将做曲线运动，B项正确，D项错误；若拉力突然消失，则小球将沿着P点处的切线运动，C项正确。答案 BC
[针对训练5] (多选)如图所示，洗衣机的脱水筒采用带动衣物旋转的方式脱水，下列说法中正确的是( )
A.脱水过程中，衣物是紧贴筒壁的B.水会从筒中甩出是因为水滴受到的向心力很大C.加快脱水筒转动角速度，脱水效果会更好D.靠近中心的衣物脱水效果不如四周的衣物脱水效果好
解析 F＝mω2R，ω增大会使向心力F增大，而水滴的附着力不能提供足够大的向心力，水滴就会被甩出去，增大角速度，会使更多水滴被甩出去。靠近中心的衣物，R比较小，角速度ω一样，所以向心力小，脱水效果差，选项A、C、D正确，B错误。答案 ACD
[观图助学]火车转弯时外轨与内轨的高度一样吗？火车转弯的向心力来源是什么？火车的车轮设计有什么特点？
1.火车在弯道上的运动特点：火车转弯时实际是在做____________，因而具有_______加速度，由于其质量巨大，需要很大的向心力。2.向心力的来源(1)如果铁路弯道的内外轨一样高，火车转弯时，外侧车轮的轮缘挤压外轨，使外轨发生______________，外轨对轮缘的________是火车转弯所需__________的主要来源(如图所示)。
(2)如果在弯道处使外轨略高于内轨(如图所示)，火车转弯时铁轨对火车的支持力FN的方向不再是_________的，而是斜向_______的内侧，它与重力G的合力指向圆心，为火车转弯提供了一部分向心力。适当选择内外轨的_________差，使转弯时所需的向心力几乎完全由重力G和支持力FN的________来提供。
[思考判断](1)火车弯道的半径很大，故火车转弯需要的向心力很小。( )(2)火车转弯时的向心力一定是重力与铁轨支持力的合力提供的。( )(3)火车通过弯道时必须按规定速度行驶。( )
火车车轮的特点火车的车轮有凸出的轮缘，火车在铁轨上运行时，车轮与铁轨有水平与竖直两个接触面，这种结构特点，主要是避免火车运行时脱轨，如图所示。
知识点二 汽车过拱形桥
同一辆汽车先后经过凹形区域和凸形区域，在哪一区域汽车对地面的压力更大？
汽车过拱形桥与凹形路面的比较
[思考判断](1)汽车驶过拱形桥最高点，对桥的压力可能等于零。( )(2)汽车过拱形桥或凹形路面时，向心加速度的方向都是竖直向上的。( )(3)汽车驶过凹形路面最低点时，对路面的压力一定大于重力。( )
拱形桥 凹形路面
知识点三 航天器中的失重现象
[思考判断](1)绕地球运动的航天器中的物体因摆脱了地球引力而漂浮起来。( )(2)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。( )
(1)摩托车赛车过弯道时为什么向内侧倾斜？车速过快容易向哪一侧甩出去？ (2)滑雪运动员过弯道时为什么向内侧倾斜？更容易向哪一侧甩出去？ (3)在游乐园里玩“魔盘”游戏的人，为什么会被抛到盘的边缘地带？
1.定义：物体沿切线飞出或做_______________圆心的运动。2.原因：向心力突然消失或合力不足以提供______________。3.应用：洗衣机的______________，制作无缝钢管、水泥管道、水泥电线杆等。[思考判断](1)做离心运动的物体沿半径方向远离圆心。( )(2)做圆周运动的物体突然失去向心力时沿切线方向远离圆心。( )(3)做圆周运动的物体只有突然失去向心力时才做离心运动。( )
在转弯的地方，汽车的行驶速度不允许超过限定的值，以免因为离心运动造成交通事故
被雨伞甩出的雨滴做离心运动
核心要点一 铁路的弯道问题
1.火车车轮的特点：火车的车轮有凸出的轮缘，火车在铁轨上运行时，车轮与铁轨有水平与竖直两个接触面。这种结构特点，主要是避免火车运行时脱轨，如图所示。
2.圆周平面的特点：弯道处外轨高于内轨，但火车在行驶过程中，重心高度不变，即火车的重心轨迹在同一水平面内，火车的向心加速度和向心力均沿水平面指向圆心。3.向心力的来源分析：火车速度合适时，火车受重力和支持力作用，火车转弯所需的向心力完全由重力和支持力的合力提供，合力沿水平方向，大小F＝mgtan θ。
5.轨道压力分析(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，此时火车对内、外轨道无挤压作用。(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、外轨道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，外轨道对轮缘有侧压力。②当火车行驶速度v
火车以规定速度通过弯道时，火车的重力和支持力的合力提供向心力。
规定速度规定速度
A.减小内、外轨的高度差 B.增加内、外轨的高度差C.减小弯道半径 D.增大弯道半径
解析 当火车以规定速度通过弯道时，火车的重力和支持力的合力提供向心力，如图所示：
【误区警示】 火车转弯问题的两点注意(1)合外力的方向：火车转弯时，火车所受合外力沿水平方向指向圆心，而不是沿轨道斜面向下。因为火车转弯的圆周平面是水平面，不是斜面，所以火车的向心力即合外力应沿水平面指向圆心。(2)规定速度的唯一性：火车轨道转弯处的规定速率一旦确定则是唯一的，火车只有按规定的速率转弯，内外轨才不受火车的挤压作用。速率过大时，由重力、支持力及外轨对轮缘的弹力的合力提供向心力；速率过小时，由重力、支持力及内轨对轮缘的弹力的合力提供向心力。
解析 列车转弯时实际是在做圆周运动，若内轨和外轨一样高，则列车做圆周运动的向心力由外轨对轮缘的弹力提供，但由于列车质量太大，轮缘与外轨间的弹力太大，铁轨与车轮极易受损，可能造成翻车事故；若转弯处内轨高于外轨，列车在转弯时由于自身重力和离心的原因有向外倾倒的可能；若转弯处外轨比内轨略高，此时列车转弯所需的向心力可由列车的重力和铁轨的支持力的合力提供，选项C正确。答案 C
[针对训练1] 关于铁路转弯处内轨和外轨间的高度关系，下列说法中正确的是( )A.内轨和外轨一样高，以防列车倾倒B.因为列车在转弯处有向内倾倒的可能，故一般使内轨高于外轨，以防列车倾倒C.外轨比内轨略高，这样可以使列车顺利转弯，减少车轮与铁轨间的挤压D.以上说法都不对
核心要点二 汽车过拱桥的分析[问题探究](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，使球刚好不掉下去，但稍加一点压力，球就会撑开两轨下落。让球从斜轨滚下，当球经过凹桥底部时，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，当球经过凸桥顶端时，你又看到了什么？
答案 (1)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，没有掉下来，对轨道的压力小于小球的重力。
[探究归纳]1.汽车驶至凹形桥面的底部时，合力向上，加速度向上，处于超重，此时车对桥面的压力最大；汽车驶至凸形桥面的顶部时，合力向下，加速度向下，处于失重，此时车对桥面的压力最小。
[试题案例][例2] 如图所示，桥面为圆弧形的立交桥AB，横跨在水平路面上，长为L＝160 m，桥高h＝35 m。可以认为桥的两端A、B与水平路面的连接处是平滑的，一辆质量m＝2.0 t 的小轿车，驶过半径R＝90 m的一段 ，重力加速度g＝10 m/s2，则：
隐含：小轿车做圆周运动。
(1)若桥面为凸形，轿车以v1＝10 m/s的速度通过桥面最高点时，对桥面压力是多大？(2)若轿车通过凸形桥面顶点时，对 ，则速度v2是多大？(3)若轿车 ，求轿车到达水平路面时速度的大小及其方向与水平方向夹角的余弦值。
隐含：在轨道的最高点只有重力提供向心力。
隐含：轿车通过顶点后将做平抛运动。
以问题(2)中的速度v2通过凸形桥面顶点
答案 (1)1.78×104 N (2)30 m/s (3)40 m/s 0.75
[针对训练2] 如图所示，一质量为m的汽车，以某一速度通过凸形路面的最高处时对路面的压力为F1，通过凹形路面最低处时对路面的压力为F2，则( )
A.F1＝mg B.F1＜mg C.F2＝mg D.F2＜mg
解析 汽车过凸形路面的最高点时，设速度为v，半径为r，竖直方向上合力提供向心力，由牛顿第二定律得
得F2′＞mg，根据牛顿第三定律得F2＝F2′＞mg，故选项C、D错误。答案 B
[针对训练3] 一辆运输西瓜的小汽车(可视为质点)，以大小为v的速度经过一座半径为R的拱形桥。在桥的最高点，其中一个质量为m的西瓜A(位置如图所示)受到周围的西瓜对它的作用力的大小为( )
核心要点三 离心运动[问题探究]公路拐弯处都设置比平直公路更低的限速，赛车场设计的车道外高内低，请分析其中包含的物理原理？
[探究归纳] 1.离心运动的实质：离心运动是物体逐渐远离圆心的一种物理现象，它的本质是物体惯性的表现。做圆周运动的物体，总是有沿着圆周切线方向飞出去的倾向，之所以没有飞出去，是因为向心力的作用。2.离心运动的条件：做圆周运动的物体，提供向心力的外力突然消失或者外力不能提供足够大的向心力。
[试题案例][例3] 如图所示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，摩托车将发生滑动。关于摩托车滑动的问题，下列论述正确的是( )
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
解析 摩托车只受重力、地面支持力和地面的摩擦力作用，没有离心力，选项A错误；摩托车正常转弯时可看作匀速圆周运动，所受的合力等于向心力，如果向外滑动，说明提供的向心力即合力小于需要的向心力，选项B正确；摩托车将在沿线速度方向与半径向外的方向之间做离心曲线运动，选项C、D错误。答案 B
[针对训练4] (多选)如图所示，光滑水平面上，质量为m的小球在拉力F作用下做匀速圆周运动。若小球运动到P点时，拉力F发生变化，下列关于小球运动情况的说法中正确的是( )
A.若拉力突然变大，小球将沿轨迹Pb做离心运动B.若拉力突然变小，小球将沿轨迹Pb做离心运动C.若拉力突然消失，小球将沿轨迹Pa做离心运动D.若拉力突然变小，小球将沿轨迹Pc做近心运动
解析 若拉力突然变大，则小球将做近心运动，不会沿轨迹Pb做离心运动，A项错误；若拉力突然变小，则小球将做离心运动，但由于力与速度有一定的夹角，故小球将做曲线运动，B项正确，D项错误；若拉力突然消失，则小球将沿着P点处的切线运动，C项正确。答案 BC
[针对训练5] (多选)如图所示，洗衣机的脱水筒采用带动衣物旋转的方式脱水，下列说法中正确的是( )
A.脱水过程中，衣物是紧贴筒壁的B.水会从筒中甩出是因为水滴受到的向心力很大C.加快脱水筒转动角速度，脱水效果会更好D.靠近中心的衣物脱水效果不如四周的衣物脱水效果好
解析 F＝mω2R，ω增大会使向心力F增大，而水滴的附着力不能提供足够大的向心力，水滴就会被甩出去，增大角速度，会使更多水滴被甩出去。靠近中心的衣物，R比较小，角速度ω一样，所以向心力小，脱水效果差，选项A、C、D正确，B错误。答案 ACD
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