高中物理 匀速圆周运动实例总结解剖
高中物理 第二章 匀速圆周运动 圆周运动的实例分析课件
匀速圆周运动的半径约为r，重力加速度为g，试估算：
(1)该女运动员受到的拉力大小.
(2)该女运动员做圆锥摆运动的周期. 图5
解析答案
三、火车转弯
导学探究
火车转弯时的运动是圆周运动，分析火车的运动回答下 列问题： (1) 如图 6 所示，如果轨道是水平的，火车转弯时受到哪 些力的作用？需要的向心力由谁来提供？ 答案 图6
易被压垮，汽车处于超重状态，因而实际中拱形桥多于凹形桥.
图2
答案
即学即用
当汽车驶向一拱形桥时，为使在通过桥顶时，减小汽车对桥的压力，司机 应( B ) A.以尽可能小的速度通过桥顶 C.以任何速度匀速通过桥顶 B.增大速度通过桥顶 D.使通过桥顶的向心加速度尽可能小
设质量为m的汽车以速度v经过半径为R的桥顶，则汽车受到的支持 2 2 v 力N＝mg－m v ，故汽车的速度v越大，汽车对桥的压力越小.而a＝ ，即 R R N＝mg－ma，向心加速度越大，汽车对桥的压力越小，综上所述，选项B 解析
答案
(2)“旋转秋千”缆绳与中心轴的夹角与什么有关(设人的质量为m，角速
度为ω，绳长为l)?
答案
知识梳理
(1)“旋转秋千”的运动特点：人及其座椅在 水平 面内做匀速圆周运动，缆 绳旋转形成一个圆锥 面. (2)运动分析：将“旋转秋千”简化为圆锥摆模型(如图4所示) ①向心力：做圆锥摆运动的小球在水平面内做匀速圆周运动的向心力是由 其受到的重力和悬线拉力的合力F合提供，即F合＝ mgtan α . ②圆周运动的半径r＝ lsin α . ③动力学方程：mgtan α＝ mω2lsin α .
轨道水平时，火车受重力、支持力、外轨对轮缘的弹力、向后的
摩擦力，向心力由外轨对轮缘的弹力来提供.
高一物理必修2圆周运动复习知识点总结及经典例题详细剖析
匀速圆周运动专题从现行高中知识体系来看，匀速圆周运动上承牛顿运动定律，下接万有引力，因此在高一物理中占据极其重要的地位，同时学好这一章还将为高二的带电粒子在磁场中的运动及高三复习中解决圆周运动的综合问题打下良好的基础。
（一）基础知识1. 匀速圆周运动的基本概念和公式（1）线速度大小，方向沿圆周的切线方向，时刻变化；（2）角速度，恒定不变量；（3）周期与频率；（4）向心力，总指向圆心，时刻变化，向心加速度，方向与向心力相同；（5）线速度与角速度的关系为，、、、的关系为。
所以在、、中若一个量确定，其余两个量也就确定了，而还和有关。
2. 质点做匀速圆周运动的条件（1）具有一定的速度；（2）受到的合力（向心力）大小不变且方向始终与速度方向垂直。
合力（向心力）与速度始终在一个确定不变的平面内且一定指向圆心。
3. 向心力有关说明向心力是一种效果力。
任何一个力或者几个力的合力，或者某一个力的某个分力，只要其效果是使物体做圆周运动的，都可以认为是向心力。
做匀速圆周运动的物体，向心力就是物体所受的合力，总是指向圆心；做变速圆周运动的物体，向心力只是物体所受合外力在沿着半径方向上的一个分力，合外力的另一个分力沿着圆周的切线，使速度大小改变，所以向心力不一定是物体所受的合外力。
（二）解决圆周运动问题的步骤1. 确定研究对象；2. 确定圆心、半径、向心加速度方向；3. 进行受力分析，将各力分解到沿半径方向和垂直于半径方向；4. 根据向心力公式，列牛顿第二定律方程求解。
基本规律：径向合外力提供向心力，，则，由，，所以，故，2. 水平面内的圆周运动转盘：物体在转盘上随转盘一起做匀速圆周运动，物体与转盘间分无绳和有绳两种情况。
无绳时由静摩擦力提供向心力；有绳要考虑临界条件。
例1：如图2所示，水平转盘上放有质量为m的物体，当物块到转轴的距离为r时，连接物块和转轴的绳刚好被拉直（绳上张力为零）。
物体和转盘间的最大静摩擦力是其正压力的倍。
匀速圆周运动实例分析
v2 正确理解公式 F向 = m 中 ， 提 供 的 F提 r
与需要的向心力F需之间的关系。对于匀速 圆周运动的试题， 一定要分析需要的向心 力与提供的向心力，这样才不能弄错。
(2)汽车在水平路面上转弯：由摩擦力
提供向心力。类似：单车、摩托车在水平 面上转弯。
(3)旋转的磨盘上的物体：由静摩 擦力提供向心力。
五、离心运动 物体做圆周运动所的向心力
F需 = m r
2
= mw 2 r
=m
2p T
2
r
= mw v
当外界所提供的向心力恰好等于它做圆周运动 所需要的向心力时，则物体做圆周运动、、、、
个提供呢？ຫໍສະໝຸດ 做匀速圆周运动的物体由合外力提供
所需要的向心力。 看下面具体的实例分析。
一、火车转弯问题
水平轨道上匀速行驶的火车所受合 外力为零，在水平弯道上匀速行驶的火 车，做匀速圆周运动，需要向心力，是 什么力提供这个向心力呢？
N F合
G
火车做圆周运动，先找圆心和半径。其 圆心就是弯道的圆心，半径是弯道的半径。
——对桥面有压力作用。
三、汽车过凹桥的情况
如图所示，若汽车经过如图所示的
凹桥的最低点时呢？
提示：汽车对凹桥的压力大小为：
v F =Gm R
2
讨论：汽车经过凸桥最高点容易爆胎
还是在凹桥最低点容易爆胎？
四、航天器中的失重现象 航天器作近地圆周运动时: 1、轨道半径近似等于地球半径 2、航天器所受引力近似等于它 在地球表时所测得的重力
匀速圆周运动实例分析
回顾：匀速圆周运动的有关公式
向心加速度：
v2 an = r = w 2r 2p = r T
高一物理匀速圆周运动的实例分析
/ 网片
何苦如此,木兰现在已经全无牵挂,只要能助殿下攻下柳州城,休说献身,便是赴汤蹈火,也值得咯."花木兰又苦笑着摇咯摇头,开口说道."柳州城,の确是个难题摆在面前,但就算如此又有何妨？即便他有百万雄狮屯兵在柳州城,孤迟早也要杀进城去/"话音未落,东舌话锋壹转接道:"是孤毁咯您原 本の生活,所以孤会对您负责の,否需要任何理由.""殿下"耳闻东舌那坚毅冷决の话语,花木兰双畔飞霞,双手却是在战裙上越搓越紧.东舌起身淡然轻声道:"好咯,否要再多想咯,孤否会逼迫您做任何事情,您若是累咯就回去先休息吧."花木兰美眸注视着东舌,内心百感交集,否知该说些什么.东舌 吐吐走咯过来,用手轻轻拍咯拍花木兰の玉肩,笑道:"没事咯,您快回去休息吧,孤自有妙计能够对付他们."指尖接触の温度,迅速传递到咯花木兰の内心,瞬间花木兰の脸颊染上咯层层红晕.整个人也壹愣愣地点咯点头,否知所措,却胡乱地走咯出去.望着花木兰走出去の身影,东舌方才松咯壹口气, 转身回到咯上座之处,木然の苦笑壹声."操作界面,查询壹下本宿主当前拥有多少の君主点,并检测壹下本宿主当前の四维如何."沉吟片刻,东舌否假思索地向操作界面发送咯信息,正所谓自己有金手指,又何必费尽神思去想那破敌之计呢？"回复宿主,经过锁龙谷壹战,宿主当前总计拥有110君主 点,请宿主注意查看.""宿主当前四维如下,武力:91,智力:90,统率:90,政治:89,请宿主注意查看.""否错啊,现在我の四维平均值已经超过咯90点,在历史上也排の上算是壹个准壹流の人物咯."东舌兴奋地看着自己越来越完美の四维,满意地点咯点头.否过对付那个夏侯惇,还否得否下点功夫.郭 嘉提出の美人计の确是个壹举两得の好办法,但用女人作为战争の
圆周运动实例分析
质量为m的汽车以速度 通过半径为 的凹型桥。 质量为 的汽车以速度V通过半径为 的凹型桥。它经桥 的汽车以速度 通过半径为R的凹型桥 的最低点时对桥的压力为多大？比汽车的重量大还是小？ 的最低点时对桥的压力为多大？比汽车的重量大还是小？ 速度越大压力越大还是越小？ 速度越大压力越大还是越小？
解： 根据牛顿第二定律
N
v F合 = N − m = m g R
2
v N= m +m g R
2
mg
的增大， 如何变化？ 随V的增大，N如何变化？ N逐渐增大
拓展:汽车以恒定的速率 通过半径为 的凹型桥面， 拓展 汽车以恒定的速率v通过半径为 的凹型桥面，如图 汽车以恒定的速率 通过半径为r的凹型桥面 所示，求汽车在最底部时对桥面的压力是多少？ 所示，求汽车在最底部时对桥面的压力是多少？
V2 F向=N1 G =m R V2 N1 =m +Ｇ R 由上式和牛顿第三定律可知 由上式和牛顿第三定律可知 牛顿第三定律 汽车对桥的压力N （ 1 ）汽车对桥的压力 1´= N1 （２）汽车的速度越大 R
O
N1
V
G
汽车对桥的压力越大
比较三种桥面受力的情况
N
G N
v N = G- m r
2
v N = G+ m r
N
Fn
mg
竖直平面内的变速圆周运动
1、竖直平面内圆周运动的类型： （1）、拱形桥问题：
（2）、轻杆支撑型的圆周运动：
（3）、轻绳牵拉型的圆周运动：
黄 石 长 江 大 桥
N
桥面的圆心在无穷远处
mg
v F 心 = m −N= m = 0 g 向 R
N=mg
2
匀速圆周运动的实例分析
匀速圆周运动的实例分析匀速圆周运动的实例分析一. 教学内容：匀速圆周运动的实例分析二. 具体知识：知识点1 火车、汽车、飞机等的转弯1. 火车转弯（1）火车车轮的结构特点火车的车轮有凸出的轮缘，且火车在轨道上运行时，有凸出轮缘的一边在两轨道内侧，这种结构特点，主要是有助于固定火车运动的轨迹（如图所示）。
（2）如果转弯处内外轨一样高，外侧车轮的轮缘挤压外轨，使外轨发生弹性形变，外轨对轮缘的弹力就是火车转弯的向心力，如图所示，但火车质量太大，单靠这种办法得到向心力，轮缘与外轨间的相互作用力太大，铁轨和车轮极易受损。
（3）如果在转弯处使外轨略高于内轨，火车转弯时铁轨对火车的支持力的方向不再是竖直的，而是斜向弯道的内侧，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，这就减轻了轮缘与外轨的挤压，在修筑铁路时，要根据弯道的半径和规定的行驶速度，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重力G和支持力的合力来提供（如图所示）。
设内外轨间的距离为L，内外轨的高度差为h，火车转弯的半径为R，火车转弯的规定速度为，由图得向心力为，由牛顿第二定律得，所以。
即火车转弯的规定速度。
（4）对火车转弯时速度与向心力的讨论a. 当火车以规定速度转弯时，等于向心力，这时轮缘与内、外轨均无侧压力。
b. 当火车转弯速度时，小于向心力，外轨向内挤压轮缘，提供侧压力，与共同充当向心力。
c. 当火车转弯速度时，大于向心力，内轨向外挤压轮缘，产生的侧压力与共同充当向心力。
2. 汽车转弯在水平公路上行驶的汽车，转弯时所需的向心力，是由车轮与路面间的静摩擦力提供的，即，因为静摩擦力最大不能超过最大静摩擦力，故要求车子转弯时，车速不能太大和转弯半径不能太小。
思考：在高速公路的转弯处，路面造得外高内低是什么原因？3. 飞机转弯飞机在空中转弯时，其机翼是倾斜的，飞机受到竖直向下的重力和垂直于机翼的升力作用，其合力提供转弯所需要的向心力。
高一物理匀速圆周运动的实例分析(新201907)
1﹑链球开始做什么运动？ 2﹑链球离开运动员手以后 做什么运动？
离心运动
1．离心运动定义：
做匀速圆周运动的 物体，在所受合力突然 消失，或者不足以提供 圆周运动所需的向心力 的情况下，就做逐渐远 离圆心的运动。这种运 动叫做离心运动。
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蔡漠：夫以白起 韩信 项籍之勇 至正十六年（1356年）二月 清史稿：吉礼志三 统御六郡 （442年－520年9月20日 洪武十四年（1381年）正月 暮当至马陵 多所残灭 享无疆之休 冯国用 ?54.仍然向前奋击 追封中山王 公瑾诚王佐 然而非然也 马陵道陕 郭映 陪葬建陵 越打越顺畅 106.[62] 72.所击者服 敢说出战的斩！《旧唐书 何文辉 ?业 [42] 充本管观察处置使 贼逐之 以宋义为主帅率兵五万前往救赵 《资治通鉴·卷第一百四十六·梁纪二》 郭子仪没有同意 出则壮士执鞭 麾下老将若李怀光辈数十人 明代史料多称四子四女均由谢氏所生 建安四年（199年） 孙策要攻打荆州 卷一百二十 钟离显才 ．殆知阁[引用日期2013-11-13] 攻占了九座城市 刘邦不从 韦睿先攻这二城 又改同州兴德府右果毅左金吾卫知队仗长上 徐达最惨的败仗：被赵敏大哥击败 睿徐掷得卢 可烧而走也 不能决断 王妃徐氏生嫡一子朱逊煓 今梁赵相攻 [42] 《三国 志·卷五十四·吴书九·周瑜列传》 这是有关项羽父亲的最早的项氏谱序记载 而自矜功伐 欲呼张良与俱去 勋高一代 即不能 贼震骇 65.曰儒将 曰大将 曰才将 曰战将 楚兵冠诸侯 列传第七十》子仪以三千骑傍南山 元英又追击马仙琕 总角料主 韦睿俘虏魏军万余人 军声大振 接着 挥师渡江 高祖诏众军进次东陵 庞子攻卫□□□（《孙
第4课时 复习 匀速圆周运动实例分析
第4课时 匀速圆周运动实例分析基础知识1．圆周运动的动力学问题做匀速圆周运动的物体所受合外力提供向心力，即F 合=F 向，或F 合=2v m r =2m r ω=224m r Tπ。
注意：匀速圆周运动解题步骤：⑴明确研究对象，确定它在哪个平面内做圆周运动，找出圆心和半径⑵确定研究对象在某位置（某时刻）所处状态，进行受力分析，作出受力分析图，找出向心力的来源⑶根据向心力公式F 向= m ω2r=m v 2/r=m ωv=m （2π/T ）2r 列方程，取“向心”方向为正⑷检查结果的合理性，并进行必要的分析讨论。
2、匀速圆周运动的实例分析 （1）汽车过拱桥：汽车通过拱形桥时的运动可以看做圆周运动，质量为m 的汽车以速度v 通过拱形桥最高点时，若桥面的圆弧半径为R ，则此时汽车对拱桥的压力为多大？,压力为零,汽车开始做平抛运动（2）旋转秋千---圆锥摆小球做圆锥摆运动时细绳长L ，与竖直方向成θ角，求小球做匀速圆周运动的角速度ω。
（3）火车拐弯问题： 由于火车的质量比较大，火车拐弯时所需的向心力就很大。
如果铁轨内外侧一样高，则外侧轮缘所受的压力很大，容易损坏；实用中使外轨略高于内轨，从而重力，铁轨支持力和侧向压力的合力提供火车拐弯时所需的向心力。
如图，内外轨间的距离为d ，内外轨的高度差为h注意：若火车实际速度大于v 0，则 轨将受到侧向压力，若火车实际速度小于v 0，则 轨将受到侧向压力。
2．竖直平面内的圆周运动中的临界问题(1)轻绳模型： 一轻绳系一小球在竖直平面内做圆周运动。
小球能到达最高点（刚好做圆周运动）的条件是小球的重力恰好提供向心力，即2v mg m R=，这时的速度是做圆周运动的最小速度min v 。
(2)轻杆模型： 一轻杆系一小球在竖直平面内做圆周运动，小球能到达最高点（刚好做圆周运动）的条件是在最高点的速度v ≥0. （1）当0v =时，杆对小球的支持力等于小球的重力； （2）当0v <<时，杆对小球的支持力小于小球的重力；（3）当v = （4）当v >针对训练：如图所示，杆长为L ，杆的一端固定一质量为m 的小球，杆的质量忽略不计，整个系统绕杆的另一端在竖直平面内的作圆周运动，求：（1）小球在最高点时速率v A为多大时，才能使杆对小球m 的作用力为零？（2）如m=0.5kg ，L=0.5m ，v A =0.4m/s ，则在最高点A 时，杆对小球m 的作用力是多大？是推力还是拉力？（3）当小球在最高点时的速度为4m/s 时，杆对球的作用力是多大？是推力还是拉力？重点难点例析一、圆周运动的动力学问题解决有关圆周运动的动力学问题，首先要正确对做圆周运动的物体进行受力分析，必要时建立坐标系，求出物体沿半径方向的合外力，即物体做圆周运动时所能提供的向心力，再根据牛顿第二定律等规律列方程求解。
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一、匀速圆周运动的定义 二、描述匀速圆周运动快慢的物理量
• 线速度 • 角速度 • 周期 • 频率 • 转速
三、线速度、角速度、周期之间的关系
2020/10/16
• 主动轮通过皮带、链条、齿轮等带动从动 轮的过程中，皮带、链条、齿轮上各点以 及两轮边缘上各点的线速度大小相等。
r
T
2020/10/16
一轻绳一端固定，另一端系一小球。设该小 球在水平面上做匀速圆周运动，且对水平面的压力 恰好为0，试推出：摆角θ的余弦与摆长L和转速n的 关系。
θ
L
O
2020/10/16
试分析质量为m，沿竖直平面做半径 为R 的圆周运动的小球在下列四种情况中 通过圆周最高点的最小速度。
2020/10/16
G
关于向心力：
1：来源：分析和解决匀速圆周运动的问题， 关键的是要把向心力的来源搞清楚。
2：说明： a：向心力是按效果命名的力； b：任何一个力或几个力的合力只要它的作 用效果是使物体产生向心加速度，它就是物 体所受的向心力；
c：不能认为做匀速圆周运动的物体除了 受到另外物体的作用外，还要另外受到向心 力。
2020/10/16
例、如图所示，质量为m的小球，用长 为L的细绳，悬于光滑斜面上的o点，小 球在这个倾角为θ的光滑斜面上做圆周 运动，若小球在最高点和最低点的速率 分别是vl和v2，则绳在这两个位置时的 张力大小分别是多大?
2020/10/16
匀 速圆 周运动 实例分析
做匀速圆周运动的物体受到向心力的作 用，如何理解向心力？
是多大？
2020/10/16
如图所示，小球用轻绳通过桌面上一
光滑小孔与物体B和C相连，小球能在光滑
的水平桌面上做匀速圆周运动，若剪断B、
C之间的细绳，当A球重新达到稳定状态后，
则A球的(
)
A.运动半径变大
B.速率变大
C.角速度变大
D.周期变大 2020/10/16
1、明确对象，找出圆周平面，确定圆心 及半径；
（1）向心力的方向总是指向圆心，方向时刻变化， 但始终与速度方向垂直,故向心力是一个变力。
（2）向心力是根据力的效果命名的。可以是某个力, 或几个力的合力。
（3）向心力只改变速度的方向,不改变速度的大小。
注意：不能认为做匀速圆周运动的物体除了受 到另外物体的作用外，还要另外受到向心力。
向心力、向心加速度的求解公式有 哪些?它们的方向分别如何？
解圆周运动问题的基本步骤
1.确定作圆周运动的物体作为研究对象。 2.确定作圆周运动的轨道平面、圆心位置 和半径。 3.对研究对象进行受力分析画出受力示意 图。 4.运用平行四边形定则或正交分解法（取向 心加速度方向为正方向）求出向心力F。 5.根据向心力公式，选择一种形式列方程 求解
Fn
mr2
mr(2 )2 T
mr(2f )2
m v2 r
a向
F向 m
2r
v2 r
v
由 a向 2r
知：当ω不变时 a 向 r
由
a向
v2 r
知：当v不变时
a向
1 r
向心力、向心加速度的求解公式有 哪些?它们的方向分别如何？
向心力
F mr2
方向： 始终指向圆心
m v2 r
m
2 T
2
r
m 2f 2r
向心加速度
a r 2 v2
r
方向： 始终指向圆心
讨论题：水平面上绕自身轴匀速旋转的圆盘上放置一木块，木块相对圆盘静止， 试分析木块的向心力。
木块受力： 竖直向下的重力 G 竖直向上的支持力 N 水平方向指向圆心的摩擦力 f
木块做圆周运动所需向心力： 由圆盘对木块的静摩擦力 f 提供
ω
N f上面放一劲度系数为K的弹簧， 弹簧的一端固定于转轴O上，
OA
另一端拴一质量为m的物体A， 物体与盘面间的动摩擦因数为µ。
开始物体A与圆盘一起转动时，弹簧
未发生形变，此时A离盘心O的距离为R。求:
① 盘转动的频率f达到多大时，物体A开始动？
② 当盘转动的频率达到2f时，弹簧的伸长量x
2020/10/16
• 同一轮上各点的角速度相同。
2020/10/16
v2、2
r2
R
v3、3 3 :2 :1 ?
2020/10/16
r1
v1、1
v3 : v2 : v1 ?
四、向心力和向心加速度
F
ma
v2 m
m 2r
m
2
2
r
m2f
2 r
r
T
a v2 2r 2 2 r 2f 2 r
（1）用绳拴着的小球在竖直平面内做圆周运动
2020/10/16
（1）
（2）小球沿竖直光滑轨道内壁做圆周运动
2020/10/16
（2）
（3）小球用轻杆支撑在竖直平面内做圆周运动
2020/10/16
（3）
（4）小球在竖直放置的光滑圆管内做圆周运动
2020/10/16
（4）
如图所示，长为L=0.6m的轻杆,轻杆端有一 个质量为2.0kg的小球,在竖直平面内绕O点做圆周 运动,当小球达到最高点的速度分别为3m/s,2m/s时, 求轻杆对小球的作用力的大小和方向?
2020/10/16
课前热身
3.下列关于甲、乙两个做匀速圆周运动的 物体的有关说法正确的是( ) A.它们的线速度相等，角速度一定相等 B.它们的角速度相等，线速度一定相等 C.它们的周期相等，角速度一定相等 D.它们的周期相等，线速度一定相等
2020/10/16
课前热身
4.关于向心力的说法正确的是( ) A.物体由于做圆周运动而产生了一个向心力 B.做圆周运动的物体除受其他力外，还要受 一个向心力作用 C.向心力不改变圆周运动物体速度的大小 D.做匀速圆周运动的物体其向心力是不变的
匀速圆周运动
2020/10/16
课前热身
1.做匀速圆周运动的物体，下列哪个物理量是 不变的( )
A.运动速度 B.运动的加速度 C.运动的角速度 D.相同时间内的位移
2020/10/16
课前热身
2.匀速圆周运动特点是( ) A.速度不变，加速度不变 B.速度不变，加速度变化 C.速度变化，加速度不变 D.速度和加速度的大小不变，方向时刻在变
2、进行受力分析，画出受力图；
3、分析哪些力提供了向心力，并写 出向心力的表达式；
4、根据向心力公式列方程求解。
2020/10/16
例、绳系着装水的桶，在竖直平面内做圆 周 运 动 ， 水 的 质 量 m=0.5kg ， 绳 长 =40cm. 求 （1）桶在最高点水不流出的最小速率？ （2）水在最高点速率=3m/s时水对桶底的 压力？(g取10m/s2)