粤教版（2019）物理必修第二册 2.3 生活中的圆周运动 课件(49张ppt）

第二章　圆周运动
第三节　生活中的圆周运动
学习目标
学法指导
1.学会根据火车转弯建立物理模型，分析水平面内的圆周运动问题
2．学会根据汽车过拱桥建立模型，分析竖直平面内圆周运动问题
3．知道离心运动，会分析离心运动发生的原因，危害和应用
4．能分析竖直平面圆周运动中绳、杆等模型向心力、弹力以及临界速度的计算
1.通过观察模型了解火车车轮的特点进而了解火车转弯时向心力的来源
2．通过对向心力来源的分析及公式的推导，分析汽车过拱形桥或凹形桥时的受力和航天器中的失重现象
3．从向心力的作用效果出发分析离心运动，掌握物体做离心运动的条件
知识导图
预习导学 | 新知领悟
1．运动特点：火车在弯道上运动时可看作圆周运动，因而具有____________，由于其质量巨大，需要很大的向心力．
2．轨道设计：转弯处外轨略________(选填“高”或“低”)于内轨，火车转弯时铁轨对火车的支持力FN的方向是______________，它与重力的合力指向________，为火车转弯提供一部分向心力．
3．向心力的来源：依据弯道的半径和规定的行驶速度，适当选择内轨和外轨的高度差，使转弯时所需的向心力几乎完全由________和________的合力来提供．
火车转弯
向心加速度
高
垂直轨道向上
圆心
重力
支持力
【答案】平直地方一样高，转弯处外高内低更安全．
铁路的内轨和外轨道做得一样高，火车才更安全吗？
汽车过拱形桥
mg－FN
FN－mg
越小
越大
【答案】压力要大于车的重力．
汽车过凹形地面底部时，对地面底部的压力等于车重吗？
如图所示，把地球看作一个巨大的拱形桥，当汽车的速度增大时，地面对它的支持力怎样变化？汽车有可能飞离地球吗？
【答案】速度增大，支持力减小，速度大到一定程度时，汽车有可能飞离地球．
1．对航天器，重力充当向心力，满足的关系为______________．
航天器中的失重现象
mg－FN
完全失重
无压力
【答案】是．
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吗？
多维课堂 | 素养初培
如图所示为正在转弯的火车，可认为火车转弯时，实际是在做圆周运动，因而需要向心力，试分析讨论以下问题．
火车转弯问题的分析
(1)如果铁路弯道的内轨和外轨一样高，火车在转弯时的向心力由什么力提供？会导致怎样的后果？
(2)实际上在铁路的弯道处外轨略高于内轨，试从向心力的来源分析这样做的优点．
(3)根据(1)(2)问探究，火车速度为多大时恰好对外轨和内轨都没有侧压力？
【答案】(1)如果铁路弯道的内轨和外轨一样高，火车在竖直方向所受重力与支持力平衡，其向心力由外侧车轮的轮缘挤压外轨，使外轨发生弹性形变，对轮缘产生的弹力来提供(如图甲所示)；由于火车的质量太大，轮缘与外轨间的相互作用力太大，会使铁轨和车轮极易受损，还可能使火车侧翻．
精练1　一段铁路转弯处，内轨和外轨高度差h＝10 cm，弯道半径r＝625 m，轨道斜面长l＝1 435 mm.求这段弯道的设计速度v0是多大？并讨论当火车速度大于v0时对外轨的侧压力和小于v0时对内轨的侧压力．(g取10 m/s2)
【答案】C
如图甲、乙分别为汽车在凸形桥、凹形桥上行驶的示意图，汽车在拱形桥上行驶时可以看作圆周运动．试根据上述情境讨论以下问题：
汽车过拱桥问题分析
(1)当汽车行驶到凸形桥的桥顶时，向心力由什么力提供？汽车对桥面的压力有什么特点？
(2)汽车对桥面的压力与车速有什么关系？试分析汽车在桥顶行驶的最大速度．
(3)当汽车行驶到凹形桥的最低点时，向心力由什么力提供？汽车对桥面的压力有什么特点？
【解析】如图所示，由受力分析可知，汽车驶至凹形桥面的底部时，合力向上，此时车对桥面压力最大．
变式2　公路上的拱形桥是常见的，汽车过桥时的运动可以看作匀速圆周运动，如图所示，汽车通过桥的最高点时 (　　)
A．车对桥的压力等于汽车的重力
B．车的速度越大，车对桥面的压力越小
C．车的速度越大，车对桥面的压力越大
D．如果车在最高点速度大到使汽车对地面的压力为零，则此时驾驶员有超重的感觉
【答案】B
核心素养微专题
实际圆周运动的模型构建
如图是过山车和它的简化模型图．过山车问题是典型的竖直平面内的圆周运动．


【答案】BD
【解析】小球在最高点受重力和压力，由牛顿第二定律得FN＋mg＝ma，又FN＝mg，所以a＝2g，故B、D正确．
课堂小练 | 素养达成
1．下列现象中属于防止离心现象带来危害的是 (　　)
A．为使火车安全通过弯道，修建铁路时常把外轨道修得比内轨道高一些
B．汽车在过弯道时，有时不用减速也能安全通过
C．脱水桶转动时可以将湿衣服上的水甩去
D．公共汽车急刹车时，乘客都向前倾倒
【答案】A
【解析】在修筑铁路时，转弯处轨道的内轨要低于外轨，目的是由支持力的分力提供一部分向心力，弥补向心力不足，防止车速过大，火车产生离心运动而发生侧翻，故A正确；汽车在过弯道时，有时不用减速也能安全通过，说明所需要的向心力小于轮胎与地面的最大摩擦力，不属于防止离心现象，故B错误；洗衣机脱水桶高速旋转把附着在衣服上的水分甩掉，是利用离心作用将水从衣服上甩掉，是利用的离心运动，故C错误；公共汽车急刹车时，乘客都向前倾倒是由于惯性，与离心现象无关，D错误．
2．一辆卡车匀速通过如图所示的地段，爆胎可能性最大的位置是 (　　)
A．a处 B．b处
C．c处 D．d处
【答案】D
3．(多选)假定雨伞面完全水平，旋转时，其上一部分水滴被甩出来．下列关于伞面上水滴的受力和运动情况的说法正确的是 (　　)
A．越靠近转轴的水滴，越难被甩出来
B．水滴离开雨伞时是沿半径方向离心而去
C．水滴离开雨伞后，对地的运动为平抛运动
D．雨伞转得越快，水滴落地的时间就越长

【答案】AC
【解析】在转动雨伞时，伞上的水滴均是同轴转动，向心力由黏附力提供，F向心＝mω2r，越靠近轴，F向心越小，故A正确；当所需的向心力大于黏附力时，水滴做离心运动，沿切线飞出，脱离伞后做平抛运动，故B、D错误，C正确．
4．(多选)公路急转弯处通常是交通事故多发地带．如图所示，某公路急转弯处是一圆弧，当汽车行驶的速率为v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v，车辆便会向内侧滑动
C．车速虽然高于v，但只要不超出某一值，车辆便不会向外侧滑动
D．当路面结冰时，与未结冰时相比，v的值变小
【答案】AC
【解析】当汽车行驶的速度为v时，路面对汽车没有侧向摩擦力，路面对汽车的支持力与汽车重力的合力提供向心力，此时要求路面外侧高内侧低，A正确；当速度稍大于v时，汽车有向外侧滑动的趋势，因而受到指向内侧的静摩擦力，当静摩擦力小于最大静摩擦力时，车辆不会向外侧滑动，C正确；同样，速度稍小于v时．车辆不会向内侧滑动，B错误；v的大小只与路面的倾斜程度和转弯半径有关，与路面的粗糙程度无关，D错误．