生活中的圆周运动PPT

《生活中的圆周运动》圆周运动PPT优质课件

第一部分内容：核心素养目标

失重现象、离心现象和物体做离心运动的条件。

1.通过观察模型了解火车车轮的特点，会分析火车转弯时向心力的来源。

2.通过对向心力公式的推导分析汽车过拱形桥和凹形路面的最低点时的受力、理解航天器中的失重现象。

科学态度与责任

分析生产、生活和航天科技中的圆周运动现象，培养学生运用概念、规律解释现象和解决问题的能力，增强责任心和使命感。

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生活中的圆周运动PPT，第二部分内容：课前学习

知识点一　火车转弯

[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。(          )

知识点二　汽车过拱形桥

[观图助学]

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？

[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。(        )

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生活中的圆周运动PPT，第三部分内容：核心探究

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

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？

[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。

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

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《生活中的圆周运动》圆周运动PPT优秀课件

第一部分内容：学习目标

1.会分析火车转弯、汽车过拱桥等实际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.

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生活中的圆周运动PPT，第二部分内容：01梳理教材　夯实基础

1.如果铁道弯道的内外轨一样高，火车转弯时，由______________提供向心力，由于质量太大，因此需要很     的向心力，靠这种方法得到向心力，不仅铁轨和车轮极易受损，还可能使火车侧翻.

2.铁路弯道的特点

(1)弯道处外轨_________内轨.

(2)火车转弯时铁轨对火车的支持力不是竖直向上的，而是斜向弯道的_________ .支持力与重力的合力指向_________.

(3)在修筑铁路时，要根据弯道的_________和_________，适当选择内外轨的高度差，使转弯时所需的向心力几乎完全由__________________来提供.

航天器中的失重现象

1.向心力分析：宇航员受到的地球 _____与座舱对他的_____的合力提供向心力，由牛顿第二定律：__________＝m_____，所以FN＝__________.

2.完全失重状态：当v＝_____时，座舱对宇航员的支持力FN＝0，宇航员处于__________状态.

1.定义：做圆周运动的物体沿切线飞出或做__________圆心的运动.

2.原因：向心力突然__________或合力____________________.

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；分离血浆和红细胞的离心机.

(2)防止：转动的砂轮、飞轮的转速不能太高；在公路弯道，车辆不允许超过__________.

1.判断下列说法的正误.

(1)铁路的弯道处，内轨高于外轨.(　　)

(2)汽车驶过拱形桥顶部时，对桥面的压力等于车重.(　　)

(3)汽车行驶至凹形桥底部时，对桥面的压力大于车重.(　　)

(4)绕地球做匀速圆周运动的航天器中的宇航员处于完全失重状态，故不再受重力.(　　)

(5)航天器中处于完全失重状态的物体所受合力为零.(　　)

(6)做离心运动的物体可以沿半径方向向外运动.(　　)

2.如图1所示，汽车在通过水平弯道时，轮胎与地面间的摩擦力已达到最大值，若汽车转弯的速率增大到原来的     倍，为使汽车转弯时仍不打滑，其转弯半径应变为原来的____倍.

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生活中的圆周运动PPT，第三部分内容：02探究重点　提升素养

火车转弯问题

1.弯道的特点

铁路弯道处，外轨高于内轨，若火车按规定的速度v0行驶，转弯所需的向心力完全由重力和支持力的合力提供，即mgtan θ＝mv 20R，如图2所示，则v0＝gRtan θ，其中R为弯道半径，θ为轨道平面与水平面间的夹角.

2.速度与轨道压力的关系

(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支持力的合力提供，此时内外轨道对火车无挤压作用.

(2)当火车行驶速度v>v0时，外轨道对轮缘有侧压力.

(3)当火车行驶速度v

例1　铁路在弯道处的内外轨道高度是不同的，已知内外轨道平面与水平面的夹角为θ，如图3所示，弯道处的圆弧半径为R，若质量为m的火车转弯时速度等于________，则

A.内轨对内侧车轮轮缘有挤压

B.外轨对外侧车轮轮缘有挤压

C.这时铁轨对火车的支持力等于mg/cos θ

D.这时铁轨对火车的支持力大于mg/cos θ

针对训练　(多选)公路急转弯处通常是交通事故多发地带.如图4所示，某公路急转弯处是一圆弧，当汽车行驶的速率为v0时，汽车恰好没有向公路内外两侧滑动的趋势.则在该弯道处

A.路面外侧高、内侧低

B.车速只要低于v0，车辆便会向内侧滑动

C.车速虽然高于v0，但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，v0的值变小

汽车过桥问题与航天器中的失重现象

1.拱形桥问题

(1)汽车过拱形桥(如图5)

汽车在最高点满足关系：mg－FN＝mv2/R，即FN＝mg－mv2/R.

①当v＝gR时，FN＝0.

②当0≤v

③当v>gR时，汽车将脱离桥面做平抛运动，易发生危险.

说明：汽车通过拱形桥的最高点时，向心加速度向下，汽车对桥的压力小于其自身的重力，而且车速越大，压力越小，此时汽车处于失重状态.

(2)汽车过凹形桥(如图6)

说明：汽车通过凹形桥的最低点时，向心加速度向上，而且车速越大，压力越大，此时汽车处于超重状态.由于汽车对桥面的压力大于其自身重力，故凹形桥易被压垮，因而实际中拱形桥多于凹形桥.

2.绕地球做圆周运动的卫星、飞船、空间站处于完全失重状态.

例2　(2018·山西省实验中学高一下期中)如图7所示，地球可以看成一个巨大的拱形桥，桥面半径R＝6 400 km，地面上行驶的汽车中驾驶员的重力G＝800 N，在汽车不离开地面的前提下，下列分析中正确的是

A.汽车的速度越大，则汽车对地面的压力也越大

B.不论汽车的行驶速度如何，驾驶员对座椅压力大小都等于800 N

C.只要汽车行驶，驾驶员对座椅压力大小都小于他自身的重力

D.如果某时刻速度增大到使汽车对地面压力为零，则此时驾驶员会有超重的感觉

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生活中的圆周运动PPT，第四部分内容：03随堂演练　逐点落实

1.(火车转弯问题)(多选)全国铁路大面积提速，给人们的生活带来便利.火车转弯可以看成是在水平面内做匀速圆周运动，火车速度提高会使外轨受损.为解决火车高速转弯时外轨受损这一难题，以下措施可行的是

A.适当减小内外轨的高度差

B.适当增加内外轨的高度差

C.适当减小弯道半径

D.适当增大弯道半径

2.(航天器中的失重现象)(多选)航天飞机在围绕地球做匀速圆周运动过程中，关于航天员，下列说法中正确的是

A.航天员受到的重力消失了

B.航天员仍受重力作用，重力提供其做匀速圆周运动的向心力

C.航天员处于超重状态

D.航天员对座椅的压力为零

3.(离心现象)在冬奥会短道速滑项目中，运动员绕周长仅111米的短道竞赛.比赛过程中运动员在通过弯道时如果不能很好地控制速度，将发生侧滑而摔离正常比赛路线.如图10所示，圆弧虚线Ob代表弯道，即正常运动路线，Oa为运动员在O点时的速度方向(研究时可将运动员看做质点).下列论述正确的是

A.发生侧滑是因为运动员受到的合力方向背离圆心

B.发生侧滑是因为运动员受到的合力大于所需要的向心力

C.若在O点发生侧滑，则滑动的方向在Oa左侧

D.若在O点发生侧滑，则滑动的方向在Oa右侧与Ob之间

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《生活中的圆周运动》圆周运动PPT

第一部分内容：学习目标

1. 能定性分析火车外轨比内轨高的原因。

2. 能定量分析汽车过拱形桥最高点和凹形桥最低点的压力问题。

3. 知道航天器中的失重现象的本质。

4. 知道离心运动及其产生条件，了解离心运动的应用和防止。

5. 会用牛顿第二定律分析圆周运动。

6. 进一步领会力与物体的惯性对物体运动状态变化所起的作用。

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生活中的圆周运动PPT，第二部分内容：内容解析

火车转弯--水平面内的圆周运动

观察：火车车轮的构造。

思考：火车转弯时所需的向心力是由哪些力提供的？

[问题]：如果转弯处内外轨一样高，火车转弯需要的向心力由什么力来提供呢？

向心力由外侧轨道对车轮轮缘的弹力提供。

缺点：火车质量很大，轮缘和外轨间的相互作用力很大，铁轨容易损坏、变形，发生危险。

思考  请设计一个方案，让火车既能安全通过弯道，又能减少轨道与轮缘的挤压？

在实际火车与轨道设计中，利用轮缘挤压只能增加小部分的向心力；垫高外轨可增加较多的向心力。

解决方案  外轨略高于内轨（倾斜轨道）

火车转弯时，外轨道应该适当垫高。使火车以一定速度通过弯道时，受到重力与支持力的合力恰好提供向心力，此时内轨和外轨同轮缘之间                       

向心力完全由重力G和支持力FN的合力提供

1、做圆周运动的物体一旦失去向心力的作用，它会怎样运动？

2、如果物体受到的合外力不足以提供向心力，它会怎样运动？

1.离心运动：做匀速圆周运动的物体，在所受的合力突然消失或者不足以提供圆周运动所需的向心力的情况下，物体所做的逐渐远离圆心的运动叫做离心运动．

1)离心运动是物体逐渐远离圆心的一种物理现象．

若合外力突然消失，以这一时刻的线速度沿切线方向飞去

若0＜F合＜ F向，物体边转边逐渐远离圆心

2)离心现象的本质是物体惯性的表现

3)离心的条件：做匀速圆周运动的物体合外力消失或不足以提供所需的向心力． 

4)做离心运动的质点实际上并没受到所谓的“离心力”作用，因为没有任何物体提供这种力。

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生活中的圆周运动PPT，第三部分内容：常考题型

题2［全国Ⅱ卷］ ［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段圆弧，当汽车行驶的速率为v0 时，汽车恰好没有向公路内外两侧滑动的趋势，则在该弯道处（　　）

A.路面外侧高内侧低

B.车速只要低于v0，车辆便会向内侧滑动

C.车速虽然高于v0，但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，v0的值变小

题5  有一列重为100 t的火车，以72 km/h的速率匀速通过一个内外轨一样高的弯道，轨道半径为400 m。（g取10 m/s2）

（1）试计算铁轨受到的侧压力大小；

（2）若要使火车以此速率通过弯道，且使铁轨受到的侧压力为零，我们可以适当倾斜路基，试计算路基倾斜角度θ的正切值。

题组二　拱桥模型

题6一辆质量为800 kg的汽车在圆弧半径为50 m的拱桥上行驶（g取10 m/s2）。

（1）若汽车到达桥顶时速度为v1=5 m/s，汽车对桥面的压力是多大？

（2）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，拱桥圆弧的半径大些比较安全，还是小些比较安全？

（4）如果拱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6 400 km）

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