课件64张PPT。曲线运动第五章第七节 生活中的圆周运动 第五章
如下图所示的“水流星”是我国传统的杂技节目，演员们把盛有水的容器用绳子拉住在空中如流星般快速摆动，同时表演高难度的动作，容器中的水居然一滴也不流下来。
你考虑过没有：
(1)“水流星”的运动快慢与手中拉力的大小有什么关系？
(2)如果手中的力渐渐减小，将会发生什么现象？当“水流星”转到最高点时，如果突然松手，会发生什么现象？1．火车在弯道上的运动特点
火车在弯道上运动时做__________运动，因而具有_______加速度，由于其质量巨大，需要很大的__________。铁路的弯道圆周向心向心力2．向心力来源
(1)如果转弯处内外轨一样高，则由__________________提供向心力，这样铁轨和车轮极易受损。
(2)实际上，铁路的转弯处外轨略高于内轨，铁轨对火车的支持力不是竖直向上的，而是斜向弯道的________，铁轨对火车的________与火车所受________的合力指向____________，它提供了火车做圆周运动的向心力。外轨对轮缘的弹力内侧支持力重力轨道的圆心1．运动特点
汽车过拱形桥时做__________，因而具有______加速度，需要向心力。
2．向心力来源
汽车过拱形桥运动至最高(低)点时，______和__________的合力提供汽车需要的向心力。拱形桥圆周运动向心重力支持力G－FN 小于 FN－G 大于 航天器中的失重现象 mg－FN 完全失重 1．定义：物体沿切线飞出或做逐渐__________的运动。
2．原因：向心力突然消失或合外力不足以提供所需的__________。
3．应用：洗衣机的__________，制作__________、水泥管道、水泥电线杆等。离心运动远离圆心向心力脱水筒无缝钢筒一、火车转弯问题
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．火车弯道的特点
弯道处外轨高于内轨，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．火车转弯的向心力来源
火车速度合适时，火车只受重力和支持力作用，火车转弯时所需的向心力完全由支持力和重力的合力来提供。如图所示。
4．轨道轮缘压力与火车速度的关系
(1)当火车行驶速率v等于规定速度v0时，内、外轨道对轮缘都没有侧压力。
(2)当火车行驶速度v大于规定速度v0时，火车有离心运动趋势，故外轨道对轮缘有侧压力。
(3)当火车行驶速度v小于规定速度v0时，火车有向心运动趋势，故内轨道对轮缘有侧压力。
特别提醒：
汽车、摩托车赛道拐弯处，高速公路转弯处设计成外高内低，也是尽量使车受到的重力和支持力的合力提供向心力，以减小车轮与路面之间的横向摩擦力。(沈阳二中2014～2015学年高一下学期检测)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圆弧，当汽车行驶的速率为vc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vc，车辆便会向内侧滑动
C．车速虽然高于vc，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，vc的值变小
答案：AC
解析：抓住临界点分析汽车转弯的受力特点及不侧滑的原因，结合圆周运动规律可判断。
汽车转弯时，恰好没有向公路内外两侧滑动的趋势，说明公路外侧高一些，支持力的水平分力刚好提供向心力，此时汽车不受静摩擦力的作用，与路面是否结冰无关，故选项A正确，选项D错误。当vvc时，支持力的水平分力小于所需向心力，汽车有向外侧滑动的趋势，在摩擦力大于最大静摩擦力前不会侧滑，故选项B错误，选项C正确。
二、汽车过桥问题
关于汽车过桥问题，用图表概括如下：
由上海飞往美国洛杉矶的飞机在飞越太平洋上空的过程中，如果保持飞行速度的大小和距离海平面的高度均不变，则以下说法中正确的是( )A．飞机做的是匀速直线运动
B．飞机上的乘客对座椅的压力略大于地球对乘客的引力
C．飞机上的乘客对座椅的压力略小于地球对乘客的引力
D．飞机上的乘客对座椅的压力为零
答案：C
三、离心运动
1．离心运动的实质
离心运动是物体逐渐远离圆心的运动，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飞出去的趋势，之所以没有飞出去，是因为受到向心力作用的缘故。
2．物体做离心运动的条件
做圆周运动的物体，一旦提供向心力的外力突然消失，或者外力不能提供足够的向心力时，物体做远离圆心的运动，即离心运动。3．离心运动的受力特点
物体做离心运动并不是物体受到离心力作用，而是由于外力不能提供足够的向心力。所谓“离心力”也是由效果命名的，实际并不存在。
4．合外力与向心力的关系(如图)同学们小的时候都吃过松软可口的“棉花”糖，制作“棉花”糖的器具主要由分布有小孔的内筒和外筒组成，内筒与洗衣机的脱水筒相似，可以在脚的踏动下旋转。在内筒里面加入白砂糖，加热使糖熔化成糖汁。如图所示，一个师傅正在给两位小朋友制作“棉花”糖。试分析制作“棉花”糖的原理。
答案：内筒高速旋转时，黏稠的糖汁就做离心运动，从内筒壁的小孔飞散出去成为丝状，到达温度较低的外筒时，迅速冷却凝固，变得纤细雪白，像一团团棉花。对火车、汽车转弯问题的探究 铁路转弯处的圆弧半径是300m，轨距是1.435m，规定火车通过这里的速度是72km/h，内外轨的高度差应该是多大，才能使铁轨不受轮缘的挤压？保持内外轨的这个高度差，如果车的速度大于或小于72km/h，会分别发生什么现象？说明理由。解析：火车在转弯时所需的向心力在“临界”状况时由火车所受的重力和轨道对火车的支持力的合力提供。如图所示，图中h为内外轨高度差，L为轨距。讨论：(1)如果车速v＞72km/h(20m/s)，F将小于需要的向心力，所差的力仍需由外轨对轮缘的弹力来弥补。这样就出现外侧车轮的轮缘向外挤压外轨的现象。
(2)如果车速v＜72km/h，F将大于需要的向心力。超出的力则由内轨对内侧车轮缘的压力来平衡，这样就出现了内侧车轮的轮缘向外挤压内轨的现象。
点评：临界值是圆周运动中经常考查的一个重点内容，它是物体在做圆周运动过程中，发生质变的数值或使物体受力情况发生变化的关键数值，今后要注意对临界值的判断和应用。在高速公路的拐弯处，通常路面都是外高内低。如图所示，在某路段汽车向左拐弯，司机左侧的路面比右侧的路面低一些。汽车的运动可看做是做半径为R的在水平面内的圆周运动。设内外路面高度差为h，路基的水平宽度为d，路面的宽度为L。已知重力加速度为g。要使车轮与路面之间的横向摩擦力(即垂直于前进方向)等于零，则汽车转弯时的车速应等于( )答案：B汽车在拱桥上运动的有关问题 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得超过3.0×105N则：(1)汽车允许的最大速率是多少？
(2)若以所求速度行驶，汽车对桥面的最小压力是多少？(g取10m/s2)
解析：汽车在拱桥上运动时，对凹形桥的压力大于其重力，而对凸形桥则压力小于重力。由此可知，对凹形桥则存在一个允许最大速率，对凸形桥则有最小压力。可根据圆周运动知识，在最低点和最高点列方程求解。
汽车驶至凹面的底部时，合力向上，此时车对桥面压力最大；汽车驶至凸面的顶部时，合力向下，此时车对桥面的压力最小。点评：在汽车经过拱形桥或类似的物体经过竖直曲线做圆周运动的问题中，一般在轨道的最低点和最高点分析受力列方程，无论该类题目的具体内容如何，通过分析受力，找出提供的向心力列方程求解是最基本的方法。(山东实验中学2014～2015学年高一下学期检测)如图所示，小物体位于半径为R的半球顶端，若给小物体以水平初速度v0时，小物体对球顶恰无压力，则( )
答案：ABC离心运动 如图所示，光滑水平面上，小球m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，关于小球运动情况的说法正确的是( )答案：ACD如图所示是一种娱乐设施“魔盘”，画面反映的是魔盘旋转转速较大时盘中人的情景。甲、乙、丙三位同学看了图后发生争论，甲说：“图画错了，做圆周运动的物体受到向心力的作用，魔盘上的人应该向中心靠拢。”乙说：“图画得对，因为旋转的魔盘给人离心力，所以人向盘边缘靠拢。”丙说：“图画得对，当盘对人的摩擦力不能满足人做圆周运动的向心力时，人会逐渐远离圆心。”这三位同学的说法正确的是( )A．甲 B．乙
C．丙 D．都有道理
答案：C
解析：当向心力不足时，物体会做离心运动，A错误，C正确；离心力是不存在的，B错误。开放·探究 如图所示，游乐场翻滚过山车上的乘客常常会在高速旋转或高空倒悬时吓得魂飞魄散，但这种车的设计有足够的安全系数，过山车在做圆周运动时，可以使乘客稳定在座椅上，还有安全棒紧紧压在乘客胸前，在过山车未到达终点以前，谁也无法将它们打开。设想如下数据，轨道最高处离地面32m，最低处几乎贴地，圆环直径15m，过山车经过最低点时的速度约25m/s，经过最高点时的速度约18m/s。试利用牛顿第二定律和圆周运动的知识，探究这样的情况下能否保证乘客的安全？(g取10m/s2)解析：首先我们分析一下当过山车运动到圆环底部和圆环顶部时过山车中人的受力情况：重力mg，FN下和FN上分别为过山车在圆环底部和顶部时座椅对人的支持力(为使问题简化，可不考虑摩擦及空气阻力)。我们知道，过山车沿圆环滑动，人也在做圆周运动，这时人做圆周运动所需的向心力由mg和FN提供。用v下表示人在圆环底部的速度，v上表示人在圆环顶部的速度，R表示圆环的半径，则：2013年6月20日上午10时，中国首位“太空教师”王亚平在天宫一号太空舱内做了如下两个实验：实验一，将用细线悬挂的小球由静止释放，小球呈悬浮状。实验二，拉紧细线给小球一个垂直于线的速度，小球以悬点为圆心做匀速圆周运动。设线长为L，小球的质量为m，小球做圆周运动的速度为v。已知地球对小球的引力约是地面重力mg的0.9倍，则在两次实验中，绳对小球拉力大小是( )
答案：AD易错点：不能正确建立匀速圆周运动的模型
案例：质量为m的飞机以恒定速率v在空中水平盘旋，如图所示，其做匀速圆周运动的半径为R，重力加速度为g，则此时空气对飞机的作用力大小为( )答案：C教学设计
教学主题
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一、教材分析
本节课是一节实例分析课，是匀速圆周 运动的延续，本节内容?对学生而言是生活实际问题，所以对教材中所列的两个实例，准备用一常见的例子作为铺垫并充分运用多媒体演示，由易到难地引入新课、 分析问题。本节内容对学?生的建立物理模型能力、分析临界问题的能力、应用数学工具能力要求较高，也是历年来高考命题的重点。
二、学生分析
通 过前面的学习，学生已经知道做圆周运动的物体一定需要向心力，知道圆周运动中向心加速度的方向及表达式。对生活中遇到的与圆周运动相关的具体问题，学生还 不能敏锐而熟练地运用圆周运动的方法来分析，还不能把“由运动特点分析受力特点、由受力特点推断运动特点”这样的动力学思想很好的应用到圆周运动问题中 去，这恰好是本节课要解决的问题
三、教学目标
1．知识与技能
（1）能够清楚表述简单情境中圆周运动的受力特点。对于隐含物理问题，能够根据圆周运动的基本解题步骤逐渐得出结论，在此过程中体会动力学观点在圆周运动中的应用。
（2）从惯性的角度体会离心现象。
（3）能够利用所学知识对汽车侧滑原因进行定性的解释并说明提速防滑的具体方案。
（4）能够画出圆锥摆的圆心及轨道半径、并对圆锥摆进行正确的受力分析，按所需列出方程。
2．过程与方法
经历理论推导和实验验证的物理过程，体会动力学思想在圆周运动中的应用。
3．情感态度价值观
体会面对具体问题时，只用直觉思维有时解决问题是不够的，科学的方法往往更能发现问题的本质。
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四、教学环境
简易多媒体教学环境??
五、信息技术应用思路（突出三个方面：使用哪些技术？在哪些教学环节如何使用这些技术？使用这些技术的预期效果是？）200字
引引入过程中使用多媒体播放视频，让学生体会生活中的圆周运动的普遍性以及思考如何分析这类的问题。?
2、?火车拐弯问题的分析过程中，利用多媒体展示视频，让学生直观地观察拐弯实例。?
3、?汽车过桥问题的分析过程中，利用多媒体播放视频，结合课件引导学生分析向心力的来源和临界情况的表达。
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六、教学流程设计（可加行）
教学环节
（如：导入、讲授、复习、训练、实验、研讨、探究、评价、建构）
教师活动
学生活动
信息技术支持（资源、方法、手段等）
导入
教师提出，生活中的圆周运动例子很多，同学们一起举一些例子。
学生列举生活中的圆周运动。
多媒体图片展示生活中的圆周运动。
过山车为什么达到轨道最高点掉不下来，火车转弯时的轨道为什么一边高一边低，航天器里的失重现象，衣服为什么能被甩干，想知道这些秘密么，尽在第五章第七节《生活中的圆周运动》。http://www.well1000.cn/spbf/wuli/a0TaHz.html
讲授
教师引导学生分析：向心力总是指向圆心，向心力是效果力，并由其它力来提供。
根据教师分析积极思考，认真观察受力分析。
课件展示受力分析
汽车拐弯
教师播放汽车拐弯的视频，引导学生观察思考，向心力必须指向圆心，而且是水平面内。汽车拐弯时的受力分析，需要的向心力是由什么力提供？
观看视频，思考汽车拐弯时受力情况。
多媒体视频，课件演示受力分析。http://www.well1000.cn/spbf/wuli/a0TaHz.html
火车拐弯
教师播放火车转弯的视频频，引导学生观察思考，火车拐弯时受力分析，仔细观察火车车轮与铁轨构造。
学生观看图片和视频，分析火车拐弯的圆面是水平的，并进行受力分析。
多媒体图片、视频
汽车过桥
教师播放汽车过桥视频，引导学生观察思考，汽车过桥时的受力分析。
学生观看图片和视频，进行受力分析。
多媒体图片、视频
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七、教学特色（如为个性化教学所做的调整，为自主学习所做的支持、对学生能力的培养的设计，教与学方式的创新等）200字左右
物理教学要源于生活，回归生活。教学过程中注意这一点会更接地气。因此本节课以北京奥运会链球比赛、在班级模拟链球比赛这样鲜活的生活实例切入，以对可调速圆盘上一个橡胶塞的运动和受力特点的分析来引领基本方法，以圆盘上角速度相同、轨 道半径不同的两个橡胶塞哪个更易产生离心现象的分析引出北京四环路上速率相同半径不同的汽车哪个更易侧滑这样的实际问题，以提速防滑的安全方案设计引领学 生关注和解决生活中的实际问题，以圆锥摆的实验和理论探究让学生体会道路外侧垫高的动力学本质。最后以货车翻车视频提示学生注意遵守交通规则、以货车翻车 原因的调查作业引领学生从物理的视角关注社会。
