生活中的圆周运动火车车轮的结构特点
生活中的圆周运动
2.凹形桥
质量m的汽车以v过半径为R的拱桥或凹桥，到达桥 面最高点或凹桥最低点时对桥面的压力大小？
1.拱形桥
2.凹形桥
FN
mg m
v2 r
mg
v2 FN mg m r mg
据牛顿第三定律。。。。。
试从超重、失重的角度理解以上现象？
若过桥的速度越来越大，则会出现什么现象？
v>v0：挤压外轨,车轮受到指向内侧弹力弥补向心力不足 v<v0：挤压内轨,车轮受到指向外侧弹力消除向心力过剩
一.火车的弯道问题 4.引申：汽车转弯
水平弯路处转弯的汽车， 其向心力来源于什么？这 有什么样的弊端？
试车车道或高速公 路转弯车道为什么 建成这样？
二1.拱. 拱形形桥桥 与 凹 形 桥
三.航天器中的失重现象
绕地球运动的航天器中的航天员是否受到地球的引力？ 航天器以及航天员失重的原因是什么？请以航天员
为研究对象，分析总结一下。 重力（万有引力）全部用来提供向心力——完全失重 任何关闭了发动机，又不受阻力的飞行器内部都
是一个完全失重的环境
四.离心现象
四.离心现象 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．
N F
G
重力G与支持力FN的合力F 提供火车转 弯所需的向心力
一.火车的弯道问题
如图所示，火车的转弯半径为R，转弯的规定速度
为v0,要使车轮对内外轨都无侧压力, 则轨道面相对水平
面的倾角应为多大?
N
mg tan m v02
R
arctan v02
生活中的圆周运动
汽车过凹形桥
受力分析
以向心力方向 为正方向
mg－FN ＝mvr2 FN＝ mg－mvr2
FN－mg ＝mvr2 FN＝ mg＋mvr2
内容项目
汽车过凸形桥
牛顿第三定律 F 压＝FN＝ mg－mvr2
汽车过凹形 桥
F 压＝FN＝ mg＋mvr2
讨论
v 增大，F 压 减小 ；当 v 增大 v 增大，F 压
(3)铁路弯道的特点： ①转弯处 外轨 略高于 内轨 。 ②铁轨对火车的支持力FN不是竖直向上的，而是 斜向弯道 内侧。 ③铁轨对火车的支持力与火车所受重力的合力指向 轨道的 圆心 ，它提供了火车做圆周运动的 向心力 。
2．拱形桥
(1)关于汽车过拱形桥问题，用图表概括如下：
内容项目 汽车过凸形桥
侧做圆周运动，如图所示 小球恰好过 小球产生向下的拉力或
细绳
最高点时，应 压力
牵拉 型的
满足弹力 FT ＝0，即 mg＝ ②v＝ gR时，绳或轨道对
圆周 运动 (绳 模
小球在细绳作用下在竖 mvR2，则小球 直平面内做圆周运动，如
在竖直平面 图所示
内做圆周运
小球刚好不产生作用力
③v< gR时，小球不能在 竖直平面内做圆周运动，
(2)对失重现象的认识： 航天器内的任何物体都处于 完全失重状态，但并不是物体不 受重力。正因为受到重力作用才使航天器连同其中的乘员环绕地 球转动。 4．离心运动 (1)定义：物体沿切线飞出或做的逐渐远离圆心 的运动。 (2)原因：向心力突然消失或合外力不足以提供所需 向心力。 (3)应用：洗衣机的脱水筒、离心制管技术。 (4)危害：汽车转弯车速过大会造成事故；砂轮、飞轮转速过 高时会破裂酿成事故
心的运动，其半径越来越大。
圆周运动的实例分析
圆周运动的实例分析圆周运动是指物体在固定圆周上做匀速旋转的运动。
它在生活中有着广泛的应用，例如车轮的旋转、地球绕太阳的公转等。
本文将通过分析两个具体实例来说明圆周运动的特点和应用。
实例一：车轮的旋转当车辆行驶时，车轮就会以一个轴为中心进行匀速旋转，这就是典型的圆周运动。
车轮的旋转不仅能够驱动车辆前进，还可以改变行驶方向。
根据牛顿第一定律，车轮受到的作用力与向心加速度成正比。
当车辆加速时，作用力增加，车轮的旋转速度也会增加，从而使车辆更快地行驶。
相反，当车辆减速或停止时，车轮的旋转速度也会相应减小或停止。
这种以车轮为例的圆周运动，为我们提供了便利的交通工具。
实例二：地球绕太阳的公转地球围绕太阳做匀速的圆周运动，这就是地球的公转。
这种公转使地球维持着相对稳定的轨道，保持了恒定的距离和倾斜角度，从而使我们能够有四季的交替和昼夜的变化。
地球公转的轨迹是一个近似于椭圆的轨道，太阳位于椭圆焦点之一。
地球公转的周期是365.24天，也就是一年的长度。
这个周期的长短决定了季节的变化和地球上生物的繁衍。
除了以上两个实例，圆周运动还广泛应用于其他领域。
例如，在工程中，我们常常需要使用电机来驱动各种设备的旋转，如风扇、洗衣机等。
这些旋转运动都是圆周运动的实例。
在体育竞技中，篮球、足球等球类运动都有着明显的圆周运动特点。
球员的投篮和射门都需要进行准确的角度和力度的控制，以确保球能够按照预定的轨道运动。
总之，圆周运动在我们的生活中随处可见，它是物体在固定圆周上做匀速旋转的运动。
不仅在自然界中存在着典型的实例，如车轮的旋转和地球的公转，而且在我们的日常生活和工程技术中也广泛应用。
圆周运动的特点和应用使得我们的生活更加便利、丰富多样，并为科学研究和技术发展提供了基础。
+生活中的圆周运动+课件-2021-2022学年高一下学期物理人教版(2019)必修第二册
m/s2＝2.5 m/s2。
汽车所需的向心力F＝ma＝1.0×103×2.5 N＝2.5×103 N。
在桥的最高点，汽车的向心力是由重力和桥的支持力提
供，如图所示，根据牛顿第二定律，F＝mg－FN＝ma，则FN ＝mg－ma＝1.0×103×(10－2.5)N＝7.5×103 N，根据牛顿第三
定律，汽车对桥的压力F压＝FN＝7.5×103 N。
2 汽车过拱形桥
2．汽车通过凹形路面最低点时的情况
汽车通过凹形路面的最低点时，圆心在地面上方，向心加速度竖直向上， 汽车受到地面的支持力大于自身重力，汽车处于超重状态． mm如 牛 nn身 车ggnn－ － 图顿重高nnmmn所第力速vvnrr22示二，过n>>，定且凹mm重律汽形gg力得车路．，行面由mF方驶时◎ 点 故 形 能牛g=向的容时合桥用汽F和顿竖n速易，力的此车-支第直m率爆支也最种在持三向g越胎持在高方拱力定下=m大的力此点法形律，Fg－ ，原和竖或求桥n知可的m汽因重直形解最，见vr合2车 ．力线路．高汽，地力对在上面点车此面提地同，的和对位对供面一当最凹地置汽汽的竖汽低形面汽车车压直车点路的车的在力线不时面压对支该就上在，最力地持点越，拱不低面力F的大n的’向F=，n压心=F这力力mn也=大g，m是于+由g汽m自+
(4） 则物体沿切线方向飞出，做匀速直线运动．
4．离心运动的应用和防止
(1）应用：离心干燥器、洗衣机的脱水桶、无缝钢管的生
产、离心水泵等
(2）防止：为防止汽车转弯、砂轮转动时发生离心现象，
都要对它们的速度加以限制．若砂轮、飞轮等的转速超过
允许的最大转速，它们内部分子间的相互作用力不足以提
供所需向心力，离心运动会使它们破裂，酿成事故．
为什么火车轮子是圆的？
为什么火车轮子是圆的？
为什么火车轮子是圆的？
火车轮子是圆的，是因为圆形结构具有许多优点，使其成为火车轮的理想形状。
以下是详细解释：
1. 圆形结构的均匀性
圆形结构具有均匀的分布特性，这意味着轮子的重量分布在整个结构上是均匀的。
这种均匀性使得火车轮子能够承受更大的重量和压力，同时保持稳定性。
2. 圆形结构的稳定性
圆形结构具有稳定性，这是因为圆形结构的重心位于其中心点，因此在转动时，重心不会发生偏移。
这使得火车轮子在高速运转时保持稳定，减少了摆动和震动。
3. 圆形结构的平滑性
圆形结构具有平滑的表面，这使得火车轮子在与铁轨接触时能够平稳地滑动。
这种平滑性减少了摩擦和磨损，使火车轮子更加耐用。
4. 圆形结构的可制造性
圆形结构是一种非常容易制造的结构，因为它只需要简单的机器加工就可以制
造出来。
这使得火车轮子的制造成本相对较低，同时也可以大规模生产。
综上所述，火车轮子是圆的，是因为圆形结构具有均匀性、稳定性、平滑性和
可制造性等优点，使其成为火车轮的理想形状。
2021年高中物理人教版(新教材)必修第二册学案：第六章 第四节 生活中的圆周运动 (含答案)
KKK第四节生活中的圆周运动目标体系构建明确目标·梳理脉络【学习目标】1．会分析汽车、火车转弯时的向心力来源。
2．会分析汽车过凸形桥和凹形桥时的向心力来源。
3．会分析航天器中的失重现象，弄清现象的本质。
4．知道离心运动，会分析原因、应用和危害。
【思维脉络】课前预习反馈教材梳理·落实新知知识点1火车转弯1．火车在弯道上的运动特点：火车在弯道上运动时做圆周运动，具有__向心__加速度，由于其质量巨大，因此需要很大的__向心力__。
2．转弯处内外轨一样高的缺点：如果转弯处内外轨一样高，则由__外轨__对轮缘的弹力提供向心力，这样铁轨和车轮极易受损。
3．铁路弯道的特点：①转弯处__外轨__略高于__内轨__。
②铁轨对火车的支持力不是竖直向上的，而是斜向弯道__内侧__。
③铁轨对火车的支持力与火车所受重力的合力指向__圆心__，它提供了火车以规定速度行驶时的__向心力__。
知识点 2 汽车过拱形桥汽车过凸形桥汽车过凹形桥受力 分析向心力 F n ＝__mg －F N __＝m v 2rF n ＝__F N －mg __＝m v 2r对桥的 压力F N ′＝__mg －m v 2r__F N ′＝__mg ＋m v 2r__结论汽车对桥的压力小于汽车的重力，而且汽车速度越大，对桥的压力__越小__汽车对桥的压力大于汽车的重力，而且汽车速度越大，对桥的压力__越大__知识点 3 航天器中的矢重现象 1．向心力分析航天员受到的__重力__与座舱对他的__支持力__的合力提供他绕地球做匀速圆周运动所需的向心力，__mg －F N __＝m v 2R。
2．失重状态当v ＝__gR __时座舱对航天员的支持力F N ＝0，航天员处于完全失重状态。
知识点 4 离心运动1．定义：物体沿切线飞出或做逐渐__远离圆心__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__向心力__。
3．离心运动的利用 ①洗衣机__脱水__； ②炼钢厂制作无缝钢管；③医务人员从血液中__分离__血浆和红细胞。
新人教版高中物理必修二《生活中的圆周运动》教学课件PPT
为r甲和r乙,根据牛顿第二定律得:f甲= 由题r甲>r乙,则得到:f甲<f乙。
m
v甲2 r甲
,f乙=
m v乙2 r乙
,
二 汽车过拱形桥 1.汽车通过拱形桥的最高点时的情况: 如图所示,设汽车质量为m,桥面的圆弧半径为r,汽车通 过桥面最高点时速率为v。
汽车过拱桥最高点时,重力mg和支持力FN都沿竖直方向, 它们的合力是汽车做圆周运动的向心力,由牛顿第二定
汽车对桥的压力大于
汽越车大的重力,而且汽车
速度越大,对桥的压力 _____
三、航天器中的失重现象 【思考】 物体放在水平桌面上,它会对桌面产生压力;如果航天 器绕地球做圆周运动,那么航天器中的物体会对航天器 产生压力吗?
提示:航天器中的物体不会对航天器产生压力。
1.向心力分析:宇航员受到的_地__球__引__力__与_座__舱__对__他__的__ _2支_._失持_重_力_状_的态合:当力v为=他__提__供_时向,心座力舱。对_宇m_g_航-_F_员N=的m支vR2 持。力为零, 宇航员处于完全失重R状g 态。
【典例示范】 (多选)在设计水平面内的火车轨道的转弯处时,要设计 为外轨高、内轨低的结构,即路基形成一外高、内低的 斜坡(如图所示),内、外两铁轨间的高度差在设计上应 考虑到铁轨转弯的半径和火车的行驶速度大小。若某 转弯处设计为当火车以速率v通过时,内、外两侧铁轨
所受轮缘对它们的压力均恰好为零。车轮与铁轨间的 摩擦可忽略不计,则下列说法中正确的是 ( )
讨论: (1)高速列车转弯处的铁轨有什么特点以及转弯时哪些 力提供向心力? (科学思维) 提示:转弯处铁轨外高内低;转弯时由重力和支持力的 合力提供向心力。
(2)高速列车转弯时速度过大或过小,会对哪侧的轨道 有侧压力? (科学思维) 提示:①速度过大,对外侧轨道有侧压力。 ②速度过小,对内侧轨道有侧压力。
难点解析-生活中的圆周运动-火车转弯
难点解析| 生活中的圆周运动--火车转弯火车的转弯向心力公式的理解：1火车车轮的结构特点火车的车轮上有凸出的轮缘，且火车在轨道上运行时，有凸出轮缘的一边在两轨道的内侧，如下图所示，这种结构有助于使火车运动的轨迹保持稳定．2火车转弯时向心力的来源分析（1）如果铁路弯道的内外轨一样高，则外侧车轮的轮缘挤压外轨，使外轨发生弹性形变，外轨对轮缘的弹力提供火车转弯的向心力，如下图所示．但是，火车转弯时实际是在做圆周运动，根据Fn＝m可知，由于火车质量非常大，所以需要很大的向心力．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．（2）如果在弯道使外轨略高于内轨（如下图所示）火车转弯时铁轨对火车的支持力F合的方向不再是竖直的，而是斜向弯道的内侧，它与重力的合力指向圆心，为火车转弯提供一部分向心力，可以减小轮缘与外轨的挤压作用．敲黑板火车拐弯时在水平面内做匀速圆周运动，轨迹在水平面内，所受合力沿水平方向，而不是沿轨道斜面方向．3火车转弯时的速度分析问题：若火车质量为m，转弯半径为r，要求轨道对轮缘无挤压作用，此时轨道倾角为θ，请问火车的速度v0为多大？分析：轨道对轮缘无挤压作用，则火车只受支持力FN以及重力G，这两个力的合力F合提供向心力．由图可知，根据力的平行四边形法则，可以求出合力火车做圆周运动所需的向心力为：可以得到以下式子解得进一步分析：（1）当火车转弯速度v<时，支持力FN以及重力G的合力F合不变．但是根据火车做圆周运动所需的向心力会变小．此时供需不平衡，供给>需求，若没有其他力，则火车会沿斜面下滑．所以内轨道对轮缘有向外的侧向压力．（2）当火车转弯速度v>时，支持力FN以及重力G的合力F合不变．但是根据火车做圆周运动所需的向心力会变大．此时供需不平衡，供给<需求，若没有其他力，则火车会沿斜面上滑．所以外轨道对轮缘有向里的侧向压力．下面来看个视频体会一下吧~火车、飞机拐弯问题弯道特点在修筑铁路时，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FN的合力来提供．火车在通过弯道时也必须按规定的速度行驶，速度过大或过小都会出现事故．火车转弯时速度过大而脱轨汽车、摩托车和自行车在水平路面上行驶，转弯时所需的向心力由地面对车轮的静摩擦力提供．若转弯的速度过大，静摩擦力不足以提供向心力，车将做离心运动，发生危险．高速公路、赛车的弯道处设计成外高内低，使重力和支持力的合力能提供车辆转弯时的向心力，减少由于转弯产生的摩擦力对车轮的损坏，目的是在安全许可的范围内提高车辆的运行速度．汽车转弯翻车【示范例题】例题1.（单选题）在高速公路的拐弯处，通常路面都是外高内低，如下图所示．汽车的运动可看成半径为R的水平面内的匀速圆周运动．已知内外路面高度差为h，路基的水平宽度为d，路面的宽度为L，重力加速度为g．要使车轮与路面之间的横向（垂直于前进方向）摩擦力等于零，则汽车转弯时的车速应等于（）【答案】B【解析】设路面的倾角为θ，要使车轮与路面之间的横向摩擦力等于零，则汽车转弯时，由路面的支持力与重力的合力提供汽车的向心力，作出汽车的受力图，如下图所示．根据牛顿第二定律得mgtan θ＝mv²/R由数学知识可得tan θ＝h/d，联立解得，B正确．例题2.（解析题）中国已经成功拥有先进的高铁集成技术、施工技术、装备制造技术和运营管理技术．高速列车转弯时可认为是在水平面做圆周运动．为了让列车顺利转弯，同时避免车轮和铁轨受损，在修建铁路时会让外轨高于内轨，选择合适的内外轨高度差，以使列车以规定速度转弯时所需要的向心力完全由重力和支持力的合力来提供，如下图所示，已知某段弯道内外轨道的倾角为θ，弯道的半径为R，重力加速度为g．（1）若质量为m的一高速列车以规定速度通过上述弯道时，求该列车对轨道的压力大小．（2）求上述弯道的规定速度v的大小．（3）若列车在弯道上行驶的速度大于规定速度，将会出现什么现象或造成什么后果（请写出三条）?【答案】（1）mg/cosθ；（3）铁轨对车轮有指向弯道内侧的摩擦力．【解析】（1）列车受力分析如下图所示:有FNcos θ＝mg，解得FN＝mg/cosθ．由牛顿第三定律知，列车对轨道的压力大小为F′N＝mg/cosθ．（2）由牛顿第二定律有mgtan θ＝mv0²/R，解得（3）①铁轨对车轮有指向弯道内侧的摩擦力；②将会出现外侧车轮的轮缘对外轨有侧向挤压力（或外轨对外侧车轮的轮缘有侧向挤压力）；③可能造成车轮和铁轨受损（变形），甚至出现列车脱轨，造成财产损失和人员伤亡的严重后果．。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
如图所示，汽车在倾斜的弯道上拐
弯，弯道的倾角为θ，半径为r，则
汽车完全不靠摩擦力转弯的速率 是?
（
拱型桥
圆弧
二、拱型桥
根据牛顿第二定律
FN
F向=G
FN=m
V2 R
FN= G
mV2
R
由上式和牛顿第三定律可知
（ 1 ）汽车对桥的压力FN´= FN
G
（２）汽车的速度越大
O 汽车对桥的压力越小
V R
（３）当汽车的速度增大到V= gR 时,压力为零。
火车车轮的结构特点：
一、铁路的弯道
火车转弯（内外轨道等高）
N
向左转
G
（1） 火车转弯处内外轨无高度差
外轨对轮缘的弹力F就是 使火车转弯的向心力
向左转
根据牛顿第二定律F=m V2 可知 R
火车质量很大
外轨对轮缘的弹力很大
[来源:]
外轨和外轮之间的磨损大， 铁轨容易受到损坏
轮缘
汽车不在拱形桥的最高点或最 低点时，它的运动能用上面的方法求 解吗？
mgcosθ－FN=maN 所以FN=mgcosθ－maN 桥面支持力与夹角θ、车 速v都有关。
（
一辆汽车匀速率通过半径为R的圆弧
拱形路面，关于汽车的受力情况，下 列说法正确的是（BD） A．汽车对路面的压力大小不变，总 是等于汽车的重力 B．汽车对路面的压力大小不断发生 变化，总是小于汽车所受重力 C．汽车的牵引力不发生变化 D．汽车的牵引力逐渐变小
F
（2 ）转弯处外轨高于内轨
根据牛顿第二定律
V2
F=mg tanα=
m R
V= Rg tanα
V ＞ Rg tanα 外轨对外轮缘有弹力
V＜ Rg tanα 内轨对内轮缘有弹力 [来源:]
N
F
α
α
G
小结：水平面内的圆周运动，轨迹 在水平面内，向心力也一定在水平 面内。
向心力是按效果命名的力，任何一 个或几个力的合力，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。
[来源:]
在水平铁路转弯处，往往使外轨 略高于内轨，这是为了( ACD ) A．减轻火车轮子挤压外轨 B．减轻火车轮子挤压内轨 C．使火车车身倾斜，利用重力 和支持力的合力提供转弯所需向 心力
D．限制火车向外脱轨
思考
在高速公路的拐弯处，路 面造得外高内低是什么原 因？
（第11题）
汽车开始做平抛运动．
质量为m的汽车以速度V通过半径为R的凹型桥。它经桥 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？
解： 根据牛顿第二定律
F向=F1
G =m
V2 R
R
F1
=m
V2 R
+Ｇ
由上式和牛顿第三定律可知
O
F1
V
（ 1 ）汽车对桥的压力F1´= F1
G
（２）汽车的速度越大