人教版物理必修二：5.7生活中的圆周运动教学设计课件-优秀课件
栏 目 链 接
课 前 导 读
2 m v －FN ＝ 1．在凸形桥的最高点，mg ________ ， R mv2 mg－ R ，速度越大，FN越小，当v＝ FN＝________
gR 时，FN＝0. ________
mv2 FN－mg ＝ 2．在凹形桥(路面)最低点，________ R ，FN＝
栏 目 链 接
mv2 mg＋ R ____ 导 读
三、航天器中的失重现象
1．航天器中物体的向心力． 向心力由物体的重力G和航天器的支持力FN提供，即 mv2 G－FN ＝ ________ . R
栏 目 链 接
匀速圆周 2．当航天器做 ________运动时，FN＝0，此时航天器及其内 完全失重 部物体均处于 ________状态．
栏 目 链 接
问 探
题 究 (2)火车转弯时，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，靠这种办
栏 目 链 接
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．
问 探
题 究
(3) 火车转弯时，如果在转弯处使外轨略高于内轨，
课 前 导 读
四、离心运动
做圆周运动的物体，在所受的合外力
突然消失 不足以 提供物体做圆周运动 ________或合外力________ 所需的向心力的情况下，就会做逐渐远离圆心的 运动，这种运动叫做离心运动．
栏 目 链 接
栏 目 链 接
问 探
题 究
问题一 火车转弯时，车速为什么有限制？
1．铁路的弯道． (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，这种结构的 特点，主要是有助于固定火车运动的轨 迹．(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，要根据转弯处轨道的半径和规
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
栏 目 链 接
(如图所示)．
问 探
题 究
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 v0，由上页图所示力的合成得 h 向心力为F合＝mgtan θ ≈mgsin θ ＝mg L (θ较小时，sin θ ≈ tan θ )， v02 由牛顿第二定律得： F合＝m R ， v02 h 所以mg ＝m ， L R 即火车转弯的规定速度 v0＝ Rgh . L
栏 目 链 接
问 探
题 究
由于铁轨建成后， h 、 L 、 R 各量是确定的，故火车转弯
时的车速应是一个定值． 名师提示：(1)当火车行驶速率v＝v0时，火车对内外轨均 无侧向压力． (2)当火车行驶速率v>v0时，外轨道对轮缘有侧向压力．
栏 目 链 接
(3)当火车行驶速率v<v0时，内轨道对轮缘有侧向压力．
同理，高速公路、赛车的弯道处也是外高内低，使重力
和支持力的合力提供车辆转弯时所需要的向心力，减小由于
转弯产生的摩擦力对车轮的损坏．
问 探
题 究
尝试应用 1．若火车按规定的速率转弯时，内外轨对车轮皆有压 力．当火车以小于规定速率转弯时( )
栏 目 链 接
A．仅内轨对车轮有侧压力
B．仅外轨对车轮有侧压力
栏 目 链 接
车流在大都市中穿行，为了解决交通问题，人们在 城市中修建了高架桥，使车辆的运行更加流畅．你是否
注意到，转弯处的路面并不是水平的，而是外侧偏高？
栏 目 链 接
课 点
标 击 1．能分析具体问题中向心力的来源，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其原因． 3．了解离心运动及物体做离心运动的条件，知道 离心运动的应用和危害．
物理· 必修2（人教版）
第五章 第七节
曲线运动
生活中的圆周运动
栏 目 链 接
情 景 切 入
在日常生活中，我们经常会见到这样一些现象：舞 蹈演员在表演旋转动作时，裙子会张开；在雨中若把伞 柄转动一下，伞面上的雨水将会很快地沿伞面运动，到 达边缘后雨水将沿切线方向飞出；满载黄沙或石子的卡
车，在急转弯时，部分黄沙或石子会被甩出．
重力 高度差，可使转弯时所需的向心力几乎完全由 ________ 与 支持力 的合力来提供． ________
课 前 导 读
二、拱形桥
汽车以速度 v 过半径 R 的凸形 ( 或凹形 ) 桥时受力如 图 所 示 ， 在 最 高 点 ( 或 最 低 点 ) 处 ， 由 ________ 和 重力 ________ 支持力 的合力提供向心力．
栏 目 链 接
栏 目 栏 链 目 接 链 接
课 前 导 读
一、铁路的弯道
1．火车转弯时的运动特点． 圆周 火车转弯时做的是________ 运动，因而具有向心加速
度，需要________ 向心力 ．
2．向心力的来源．
栏 目 链 接
外轨 略高于________ 内轨 ，适当选择内外轨的 转弯处________
栏 目 链 接
知 解
识 惑
v2 (2)当v≥v临时，mg≤m R ，车不受桥顶的支持力， 车将做离心运动(做平抛运动)． (3)当v＝0时，车静止在桥顶上，桥对汽车的支持 力FN＝mg. 2．汽车过凹桥：当汽车过凹桥最低点时，汽车的 v2 支持力和重力的合力提供向心力，则：FN－mg＝m ， R v2 FN＝mg＋m ，支持力一定大于重力mg. R
栏 目 链 接
知 解
识 惑
汽车对桥的压力的区别如下表所示． 内容 项目 受力分析图
C．内外轨对车轮都有侧压力
D．内外轨对车轮都无侧压力
答案：
D
知 解
识 惑
问题二 怎样解决拱形桥问题？
1．汽车过拱桥：若汽车过拱桥顶时向心力完全由重力 v2 提供(支持力为零)，则据向心力公式Fn＝mg＝m R 得，v＝ gR (R为圆周半径)，故汽车是否受拱桥顶作用力的临界条 件为：v临＝ gR，此时汽车与拱桥顶无作用力． v2 (1)当v<v临时，mg<m R ，车受到桥顶的支持力FN，mg v2 v2 －FN＝m R ，故FN＝mg－m R .
课 前 导 读
2 m v －FN ＝ 1．在凸形桥的最高点，mg ________ ， R mv2 mg－ R ，速度越大，FN越小，当v＝ FN＝________
gR 时，FN＝0. ________
mv2 FN－mg ＝ 2．在凹形桥(路面)最低点，________ R ，FN＝
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mv2 mg＋ R ____ 导 读
三、航天器中的失重现象
1．航天器中物体的向心力． 向心力由物体的重力G和航天器的支持力FN提供，即 mv2 G－FN ＝ ________ . R
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匀速圆周 2．当航天器做 ________运动时，FN＝0，此时航天器及其内 完全失重 部物体均处于 ________状态．
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问 探
题 究 (2)火车转弯时，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，靠这种办
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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．
问 探
题 究
(3) 火车转弯时，如果在转弯处使外轨略高于内轨，
课 前 导 读
四、离心运动
做圆周运动的物体，在所受的合外力
突然消失 不足以 提供物体做圆周运动 ________或合外力________ 所需的向心力的情况下，就会做逐渐远离圆心的 运动，这种运动叫做离心运动．
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问 探
题 究
问题一 火车转弯时，车速为什么有限制？
1．铁路的弯道． (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，这种结构的 特点，主要是有助于固定火车运动的轨 迹．(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，要根据转弯处轨道的半径和规
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
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(如图所示)．
问 探
题 究
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 v0，由上页图所示力的合成得 h 向心力为F合＝mgtan θ ≈mgsin θ ＝mg L (θ较小时，sin θ ≈ tan θ )， v02 由牛顿第二定律得： F合＝m R ， v02 h 所以mg ＝m ， L R 即火车转弯的规定速度 v0＝ Rgh . L
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问 探
题 究
由于铁轨建成后， h 、 L 、 R 各量是确定的，故火车转弯
时的车速应是一个定值． 名师提示：(1)当火车行驶速率v＝v0时，火车对内外轨均 无侧向压力． (2)当火车行驶速率v>v0时，外轨道对轮缘有侧向压力．
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(3)当火车行驶速率v<v0时，内轨道对轮缘有侧向压力．
同理，高速公路、赛车的弯道处也是外高内低，使重力
和支持力的合力提供车辆转弯时所需要的向心力，减小由于
转弯产生的摩擦力对车轮的损坏．
问 探
题 究
尝试应用 1．若火车按规定的速率转弯时，内外轨对车轮皆有压 力．当火车以小于规定速率转弯时( )
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A．仅内轨对车轮有侧压力
B．仅外轨对车轮有侧压力
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车流在大都市中穿行，为了解决交通问题，人们在 城市中修建了高架桥，使车辆的运行更加流畅．你是否
注意到，转弯处的路面并不是水平的，而是外侧偏高？
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课 点
标 击 1．能分析具体问题中向心力的来源，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其原因． 3．了解离心运动及物体做离心运动的条件，知道 离心运动的应用和危害．
物理· 必修2（人教版）
第五章 第七节
曲线运动
生活中的圆周运动
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情 景 切 入
在日常生活中，我们经常会见到这样一些现象：舞 蹈演员在表演旋转动作时，裙子会张开；在雨中若把伞 柄转动一下，伞面上的雨水将会很快地沿伞面运动，到 达边缘后雨水将沿切线方向飞出；满载黄沙或石子的卡
车，在急转弯时，部分黄沙或石子会被甩出．
重力 高度差，可使转弯时所需的向心力几乎完全由 ________ 与 支持力 的合力来提供． ________
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二、拱形桥
汽车以速度 v 过半径 R 的凸形 ( 或凹形 ) 桥时受力如 图 所 示 ， 在 最 高 点 ( 或 最 低 点 ) 处 ， 由 ________ 和 重力 ________ 支持力 的合力提供向心力．
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课 前 导 读
一、铁路的弯道
1．火车转弯时的运动特点． 圆周 火车转弯时做的是________ 运动，因而具有向心加速
度，需要________ 向心力 ．
2．向心力的来源．
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外轨 略高于________ 内轨 ，适当选择内外轨的 转弯处________
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知 解
识 惑
v2 (2)当v≥v临时，mg≤m R ，车不受桥顶的支持力， 车将做离心运动(做平抛运动)． (3)当v＝0时，车静止在桥顶上，桥对汽车的支持 力FN＝mg. 2．汽车过凹桥：当汽车过凹桥最低点时，汽车的 v2 支持力和重力的合力提供向心力，则：FN－mg＝m ， R v2 FN＝mg＋m ，支持力一定大于重力mg. R
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知 解
识 惑
汽车对桥的压力的区别如下表所示． 内容 项目 受力分析图
C．内外轨对车轮都有侧压力
D．内外轨对车轮都无侧压力
答案：
D
知 解
识 惑
问题二 怎样解决拱形桥问题？
1．汽车过拱桥：若汽车过拱桥顶时向心力完全由重力 v2 提供(支持力为零)，则据向心力公式Fn＝mg＝m R 得，v＝ gR (R为圆周半径)，故汽车是否受拱桥顶作用力的临界条 件为：v临＝ gR，此时汽车与拱桥顶无作用力． v2 (1)当v<v临时，mg<m R ，车受到桥顶的支持力FN，mg v2 v2 －FN＝m R ，故FN＝mg－m R .
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新人教版物理 必修2 -5.7《生活中的圆周运动》 (共39张PPT)
(3)汽车以多大速度凸形桥面顶点时，对桥面刚 好没有压力？
思考与讨论 地球可以看做一个巨大的 拱形桥，桥面的半径就是地球 的半径。会不会出现这样的情 况：速度大到一定程度时，地 面对车的支持力是零？这时驾 驶员与座椅之间的压力是多 少？……
该“思考与讨论”中描述的情景其实已经实现， 不过不是在汽车上，而是在航天飞机中．
1、分析汽车的受力情况
N
2、找圆心
3、确定F合即F向心力的方向。
4、列方程
F合 F向心力
F合= G-N
G
G N m v2 R
N G m v2 R
·
压力 N'
v2 NGm
R
思考：汽车在拱形桥顶端的速度不同， 桥对车的支持力也不同，有什么不同呢 ？
拓展 凹形桥
下面自己分析汽车通过凹形桥最低点时，汽车 对桥的压力比汽车的重力大些还是小些?
• 14、Thank you very much for taking me with you on that splendid outing to London. It was the first time that I had seen the Tower or any of the other famous sights. If I'd gone alone, I couldn't have seen nearly as much, because I wouldn't have known my way about.
v2 F F向心力 m r
N
.F
G
外轨对轮缘的弹力提供向心力
靠这种办 法得到的向 心力缺点是 什么？如何 解决这一实 际问题？
合作与探究
思考与讨论 地球可以看做一个巨大的 拱形桥，桥面的半径就是地球 的半径。会不会出现这样的情 况：速度大到一定程度时，地 面对车的支持力是零？这时驾 驶员与座椅之间的压力是多 少？……
该“思考与讨论”中描述的情景其实已经实现， 不过不是在汽车上，而是在航天飞机中．
1、分析汽车的受力情况
N
2、找圆心
3、确定F合即F向心力的方向。
4、列方程
F合 F向心力
F合= G-N
G
G N m v2 R
N G m v2 R
·
压力 N'
v2 NGm
R
思考：汽车在拱形桥顶端的速度不同， 桥对车的支持力也不同，有什么不同呢 ？
拓展 凹形桥
下面自己分析汽车通过凹形桥最低点时，汽车 对桥的压力比汽车的重力大些还是小些?
• 14、Thank you very much for taking me with you on that splendid outing to London. It was the first time that I had seen the Tower or any of the other famous sights. If I'd gone alone, I couldn't have seen nearly as much, because I wouldn't have known my way about.
v2 F F向心力 m r
N
.F
G
外轨对轮缘的弹力提供向心力
靠这种办 法得到的向 心力缺点是 什么？如何 解决这一实 际问题？
合作与探究
人教高中物理必修二5.7生活中的圆周运动课件(人教版)
拓展：
汽车以同样的速率过曲面时，在A点还 是B点更容易爆胎？
A
B
问题3：当汽车在最高点对桥的压力为0时，汽车的速度又是一
种怎样的状态？此时是多大？这人对座椅的压力是多大？从该时
刻以后，汽车将做什么运动？还能沿桥面做圆周运动下桥吗？
mg
v2 m
v
gr
完全失重状态
r
人对座椅的压力也是0，人也处于完全失重状态
由牛顿第二定律：
h
由牛顿第三定律：
mg
r
O
汽车对路面的压力小于自身的重力 ， 是失重状态
你见过凹形的桥吗？
泸 定 桥
问题4：汽车过凹形桥最低点时对桥面的压力的大小与自 身重力的大小关系是怎样的？这是一种怎样的状态？
最低点
FN’
a
FN ' mg
m v2 R
mg
超重
拱型桥：
凹型桥：
无论过拱型桥还是凹型桥， 都应当减速行驶。
实例研究3——拱形桥
问题1：汽车过拱形桥至桥顶时的受力情况及 向心力来源。
汽车在最高点时受重力和支持力，向心力 由重力与支持力的协力提供
黄石长江大桥
问题2：汽车过拱形桥最高点时对桥面的压力的
大小与自身重力的大小关系是怎样的？这
是一种怎样的状态？
解：汽车通过桥顶时，受力情况如图：
汽车通过桥顶时：
FN
2、物体作离心运动的条件：
F合 0或F合 mr 2
v2 F= m F> mrv2
r
匀速圆周运动 向心运动
3．离心运动的特点 ：
（1）做圆周运动的质点，当F合=0时，它就以这一时刻的 线速度沿切线方向飞去． （2）当F合＜F向时做半径越来越大的运动，它不是沿半径 方向飞出． （3）做离心运动的质点不存在所谓的“离心力”作用， 因为没有任何物体提供这种力 ． （4）离心运动的本质是由于惯性
汽车以同样的速率过曲面时，在A点还 是B点更容易爆胎？
A
B
问题3：当汽车在最高点对桥的压力为0时，汽车的速度又是一
种怎样的状态？此时是多大？这人对座椅的压力是多大？从该时
刻以后，汽车将做什么运动？还能沿桥面做圆周运动下桥吗？
mg
v2 m
v
gr
完全失重状态
r
人对座椅的压力也是0，人也处于完全失重状态
由牛顿第二定律：
h
由牛顿第三定律：
mg
r
O
汽车对路面的压力小于自身的重力 ， 是失重状态
你见过凹形的桥吗？
泸 定 桥
问题4：汽车过凹形桥最低点时对桥面的压力的大小与自 身重力的大小关系是怎样的？这是一种怎样的状态？
最低点
FN’
a
FN ' mg
m v2 R
mg
超重
拱型桥：
凹型桥：
无论过拱型桥还是凹型桥， 都应当减速行驶。
实例研究3——拱形桥
问题1：汽车过拱形桥至桥顶时的受力情况及 向心力来源。
汽车在最高点时受重力和支持力，向心力 由重力与支持力的协力提供
黄石长江大桥
问题2：汽车过拱形桥最高点时对桥面的压力的
大小与自身重力的大小关系是怎样的？这
是一种怎样的状态？
解：汽车通过桥顶时，受力情况如图：
汽车通过桥顶时：
FN
2、物体作离心运动的条件：
F合 0或F合 mr 2
v2 F= m F> mrv2
r
匀速圆周运动 向心运动
3．离心运动的特点 ：
（1）做圆周运动的质点，当F合=0时，它就以这一时刻的 线速度沿切线方向飞去． （2）当F合＜F向时做半径越来越大的运动，它不是沿半径 方向飞出． （3）做离心运动的质点不存在所谓的“离心力”作用， 因为没有任何物体提供这种力 ． （4）离心运动的本质是由于惯性
人教版高中物理必修2第5章第7节生活中的圆周运动(共41张PPT)
FN
析
θ
F合＝mg tanθ
F合
O v＝ gR tanθ
G
火车转弯时所
θ
需的向心力
Fn
=
m
v2
R
轨道对轮缘 无挤压，此 时火车的速 度为多大？
若火车的速度 大于或小于这 个值时，轨道 对轮缘有挤压
吗？
FN
G Fθ
FN
当v gr tan，即F合 Fn时
轮缘受到外轨向内的弹力。
当v gr tan，即F合 Fn时
D．限制火车向外脱轨
古老的赵州桥—中国人的骄
二、拱形桥
思考：
公路上的拱 形桥是常见的， 汽车过桥时， 也可以看做圆 周运动。那么 是什么力提供 汽车的向心力 呢？
拱
形 汽车质量为m，通过桥最
FN
桥 高点速度为v，桥半径为
R，则在最高点汽车对桥
的压力为多大？
mg
F合＝mg－FN
Fn=
m
v2
R
∴
mg－FN＝m
v2
R
∴
FN ＝mg－m
v2
R
由牛顿第三定律得
若汽车通过拱 桥的速度增大， 会出现什么情
况？
FN ＜mg
F压＝FN
＝mg－m
v2
R
拱
形
FN
桥
FN ＝mg－m
v2
R
mg
当FN = 0 时，汽车脱离桥面，做平抛运动，汽车
及其中的物体处于完全失重状态。
FN＝0 时，
汽车的速
mg＝m
v2
R
v＝ gR
度为多大？
向心、圆周、离心运动
供 提供物体做圆 周运动的力
(人教版)物理必修二：5.7《生活中的圆周运动》ppt课件
7－3
预习导学
7 生活中的圆周运动
火车转弯时，重力 mg 和支持力 FN 的合力提供其所需要的
向心力，即 mgtan θ＝mvR20，解得 v0＝ gRtan θ，在转
弯处轨道确定的情况下，火车转弯时的速度应是一个确定 的值 v0(规定速度)．
3．速度与轨道压力的关系
(1)当v＝ v 0时，所需向心力仅由重力和弹力的协力提供， 此时内外轨道对火车均无挤压作用．
预习导学 课堂讲义
预习导学
7 生活中的圆周运动
图5－7－8
(2)若 F 合>mrω2 或 F 合>mrv2，物体做半径变小的近心运动，即“提 供”大于“需要”．
(3)若 F 合<mrω2 或 F 合<mrv2，则外力不足以将物体拉回到原圆周
轨道上，物体逐渐远离圆心而做离心运动，即“需要”大于“提 供”或“提供不足”． (4)若 F 合＝0，则物体沿切线方向飞出，做匀速直线运动．
预习导学 课堂讲义
预习导学
7 生活中的圆周运动
解析 分别以水桶和桶中的水为研究对象，对它们进行受力 分析，找出它们做圆周运动所需向心力的来源，根据牛顿运 动定律建立方程求解． (1)以水桶中的水为研究对象，在最高点恰好不流出来，说明 水的重力恰好提供其做圆周运动所需的向心力，此时桶的速 率最小． 此时有：mg＝mvr02，则所求的最小速率为：v0＝ gr＝2．24 m/s.
(2)向心力来源(最高点和最低点)：汽车做圆周运动，重力
和桥面的支持力的协力提供向心力．
2．汽车驶至凹形桥面的底部时，加速度向上，合力向上，此时 满足 FN－mg＝mvR2，FN＝mg＋mvR2>mg，车对桥面压力最大．
3．当车驶至凸形桥面的顶部时，加速度向下，合力向下，此时 满足 mg－FN＝mvR2，FN＝mg－mvR2<mg，车对桥面的压力最 小．
预习导学
7 生活中的圆周运动
火车转弯时，重力 mg 和支持力 FN 的合力提供其所需要的
向心力，即 mgtan θ＝mvR20，解得 v0＝ gRtan θ，在转
弯处轨道确定的情况下，火车转弯时的速度应是一个确定 的值 v0(规定速度)．
3．速度与轨道压力的关系
(1)当v＝ v 0时，所需向心力仅由重力和弹力的协力提供， 此时内外轨道对火车均无挤压作用．
预习导学 课堂讲义
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7 生活中的圆周运动
图5－7－8
(2)若 F 合>mrω2 或 F 合>mrv2，物体做半径变小的近心运动，即“提 供”大于“需要”．
(3)若 F 合<mrω2 或 F 合<mrv2，则外力不足以将物体拉回到原圆周
轨道上，物体逐渐远离圆心而做离心运动，即“需要”大于“提 供”或“提供不足”． (4)若 F 合＝0，则物体沿切线方向飞出，做匀速直线运动．
预习导学 课堂讲义
预习导学
7 生活中的圆周运动
解析 分别以水桶和桶中的水为研究对象，对它们进行受力 分析，找出它们做圆周运动所需向心力的来源，根据牛顿运 动定律建立方程求解． (1)以水桶中的水为研究对象，在最高点恰好不流出来，说明 水的重力恰好提供其做圆周运动所需的向心力，此时桶的速 率最小． 此时有：mg＝mvr02，则所求的最小速率为：v0＝ gr＝2．24 m/s.
(2)向心力来源(最高点和最低点)：汽车做圆周运动，重力
和桥面的支持力的协力提供向心力．
2．汽车驶至凹形桥面的底部时，加速度向上，合力向上，此时 满足 FN－mg＝mvR2，FN＝mg＋mvR2>mg，车对桥面压力最大．
3．当车驶至凸形桥面的顶部时，加速度向下，合力向下，此时 满足 mg－FN＝mvR2，FN＝mg－mvR2<mg，车对桥面的压力最 小．
人教版高中物理必修二课件：5.7生活中的圆周运动 (共47张PPT)
第五章 曲线运动
学案8 生活中的圆周运动
目标定位
1.能定性分析铁路弯道处外轨比内轨高的原因，能定量 分析汽车过拱形桥最高点和凹形桥最低点时对桥的压力. 2.了解航天器中的失重现象及其原因. 3.知道离心运动及其产生的条件，了解离心运动的应用 和防止.
知识探究
自ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ检测
一、铁路的弯道
问题设计
知识探究
2.当汽车通过凹形桥最低点时，汽车对桥的压力比汽车 的重力大还是小呢？ 答案 汽车在凹形桥的最低点时对桥 的压力大小为(受力分析如图) FN′＝FN＝mg＋mRv2>mg.比汽车的重力大.
要点提炼
1.汽车过拱形桥(如图2)
汽车在最高点满足关系： mg－FN ＝mvR2，
即 FN＝ mg－mvR2 .
飞轮的转速不能太高.
优质课件优秀课件课件公开课免费课 件下载 免费ppt 下载20 19人教 版高中 物理必 修二课 件：5. 7生活 中的圆 周运动 (共47张PPT)
四、竖直面内的“绳杆模型”的临界问题 1.轻绳模型(如图5所示)
图5 (1)绳(内轨道)施力特点：只能施加向下的拉力(或压力). (2)在最高点的动力学方程 FT＋mg ＝mvr2.
2.做圆周运动的物体，若受到的合外力突然消失，物体将 做什么运动？若物体受到的指向圆心方向的合外力 F 小 于所需向心力 mvR2物体将做什么运动？ 答案 沿圆周的切线方向做匀速直线运动(离心运动) 离心运动.
要点提炼
1.航天器中的失重现象
(1)质量为 M 的航天器在近地轨道运行时，航天器的重力提供向心 v2
图4
若F合＝mω2r，物体做 匀速圆周 运动. 若F合<mω2r，物体做离心 运动. 若F合＝0时，物体 沿切线方向飞出. 若F合>mω2r，物体做近心运动. (3)离心运动的应用和防止 ①应用：离心干燥器；洗衣机的 脱水筒 ；离心制管技术. ②防止：汽车在公路转弯处必须 限速行驶 ；转动的砂轮、
学案8 生活中的圆周运动
目标定位
1.能定性分析铁路弯道处外轨比内轨高的原因，能定量 分析汽车过拱形桥最高点和凹形桥最低点时对桥的压力. 2.了解航天器中的失重现象及其原因. 3.知道离心运动及其产生的条件，了解离心运动的应用 和防止.
知识探究
自ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ检测
一、铁路的弯道
问题设计
知识探究
2.当汽车通过凹形桥最低点时，汽车对桥的压力比汽车 的重力大还是小呢？ 答案 汽车在凹形桥的最低点时对桥 的压力大小为(受力分析如图) FN′＝FN＝mg＋mRv2>mg.比汽车的重力大.
要点提炼
1.汽车过拱形桥(如图2)
汽车在最高点满足关系： mg－FN ＝mvR2，
即 FN＝ mg－mvR2 .
飞轮的转速不能太高.
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四、竖直面内的“绳杆模型”的临界问题 1.轻绳模型(如图5所示)
图5 (1)绳(内轨道)施力特点：只能施加向下的拉力(或压力). (2)在最高点的动力学方程 FT＋mg ＝mvr2.
2.做圆周运动的物体，若受到的合外力突然消失，物体将 做什么运动？若物体受到的指向圆心方向的合外力 F 小 于所需向心力 mvR2物体将做什么运动？ 答案 沿圆周的切线方向做匀速直线运动(离心运动) 离心运动.
要点提炼
1.航天器中的失重现象
(1)质量为 M 的航天器在近地轨道运行时，航天器的重力提供向心 v2
图4
若F合＝mω2r，物体做 匀速圆周 运动. 若F合<mω2r，物体做离心 运动. 若F合＝0时，物体 沿切线方向飞出. 若F合>mω2r，物体做近心运动. (3)离心运动的应用和防止 ①应用：离心干燥器；洗衣机的 脱水筒 ；离心制管技术. ②防止：汽车在公路转弯处必须 限速行驶 ；转动的砂轮、
人教版物理必修2课件5.7生活中的圆周运动 (共24张PPT)
简化模型
师导生学，合作探究
解：由三角形边角关系可得sin θ＝h/L 对火车进行受力分析有F合＝mgtanθ 因为θ很小，由三角函数知识，可认为sin θ＝ tan θ. 2 v 由F合＝Fn得： m g t an m
R
由上述可得
V0
Rgh L
显然，在g，h，R， L不变的情况下，火车转弯时的 车速应该是一个确定的值v0，此时转弯所需要的向 心力完全由重力和支持力的合力提供，因此这个速 度 通常也叫做转弯处的规定速度．
Hale Waihona Puke 及摩擦力的大小。3、转筒模型
【例题3】如图所示，物块m随转筒一起以角速度ω做匀速圆周运 动，如下描述正确的是（ ） A. 物块受到重力、弹力、摩擦力和向心力的作用 B. 若角速度ω增大而且物块仍然随转筒一起做匀速圆周运动，那 么木块所受弹力增大 C. 若角速度ω增大而且物块仍然随转筒一起做匀速圆周运动，物 块所受摩擦力增大 D. 若角速度ω增大而且物块仍然随转筒一起做匀速圆周运动，物 块所受摩擦力不变
达标检测
1、(多选)在水平铁路转弯处，往往使外轨 略高于内轨，这是为了( ) • 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 • D．限制火车向外脱轨
答案：ACD
2、 汽车与公路面的动摩擦因数为μ＝ 0.1，公路某转弯处的圆弧半径为R ＝4 m.若路面水平，要使汽车转弯 时不发生侧滑，汽车速度不能超过 多少？(设最大静摩擦力等于滑动摩 擦力，取g＝10 m/s2)
2、（静摩擦模型）水平面上，小球随圆盘共同运动 【例题2】 如图所示,小物体m与圆盘保持相对静 止,随盘一起做匀速圆周运动,则物体的受力情况是 什么？向心力的大小和方向?
新人教版物理 必修2 5.7-生活中的圆周运动-课件) (共45张PPT)
1．转弯处火车的规定速度 铁路的弯道处，外轨高于内轨，若 火车转弯所需的向心力完全由重力和支 持力的合力提供，即 mgtanθ＝mvR02，则 v0＝ gRtanθ，如图 5－7－4 所示。 其中 R 为弯道半径，θ 为轨道 所在平面与水平面的夹角，v0 为转弯处 的规定速度。
图5－7－4
2．明确圆周平面 虽然外轨高于内轨，但整个外轨是等高的，整个内轨 是等高的。因而火车在行驶的过程中，重心的高度不变， 即火车重心的轨迹在同一水平面内。故火车的圆周平面是 水平面，而不是斜面。火车的向心加速度和向心力均是沿 水平面而指向圆心。
[试身手·夯基础]
1．在水平铁路转弯处，往往使外轨略高于内轨，这是
为了
()
A．减小火车轮子对外轨的挤压
B．减小火车轮子对内轨的挤压
C．使火车车身倾斜，利用重力和支持力的合力提供转
弯所需的向心力
D．限制火车向外脱轨
解析：火车轨道建成外高内低，火车转弯时，轨道的支持 力与火车的重力两者的合力指向弧形轨道的圆心。若合力 大于火车转弯所需的向心力(火车速度较小时)，则火车轮 缘挤压内侧铁轨；若合力等于所需向心力(火车速度刚好等 于规定速度时)，则火车不挤压铁轨；若合力小于所需向心 力(火车速度较大时)，则火车挤压外侧铁轨。所以这种设 计主要是为了减少对铁轨的挤压破坏，故A、B、C正确。 答案：ABC
1．(对应要点一)铁路转弯处的弯道半径r是由地形决定的。
弯道处要求外轨比内轨高，其内外轨高度差h的设计不仅
与r有关，还与火车在弯道上的行驶速率v有关。下列说法
正确的是
()
A．v一定时，r越小，要求h越大
3．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与规定速度v0不相等时，火车所需向 心力不再仅由重力和支持力的合力提供，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＜v0时，内轨道对轮缘有侧压力。
新人教版物理必修二 第五章 第7节 生活中的圆周运动 导学课件(42张PPT)
特别提醒：(1)汽车、摩托车赛道拐弯处和高速公 路转弯处设 计成外高内低，也是为了减小车轮受 到地面施加的 侧向力的 作用． (2)火车拐弯时做匀速圆周运动，合力沿水 平方向，而不是沿 轨道斜面方向．
(2014·嘉 兴 高 一检测 )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 gRtan θ，则( C )
第五章 曲线运动
第七节 生活中的圆周运动
学习目标 1．会分析具体圆周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．
一、铁路的弯道
1．运动特点 火车转弯时做_圆__周____运动，因而具有向心加速度，由于质 量巨大，所以需要很大的向__心_____力．
解析：(1)汽车静止在拱桥顶部时，受重力 mg 和拱桥的支持 力 F 的作用，由二力平衡可知 F＝mg＝5 000 N 由牛顿第三定律， 可知汽车对拱桥的压力为： F′＝F＝5 000 N. (2)汽车以 v＝10 m/s 的速度过桥顶时，受重力 mg 和拱桥的 支持力 F1 的作用，二力合力提供向心力 即 mg－F1＝mvR2 得 F1＝mg－mvR2＝3 750 N 由牛顿第三定律， 可知汽车对拱桥的压力为： F1′＝F1＝3 750 N.
2．受力特点 (1)凸形 桥最高点
向心力：F 向＝_G__－__F_N____＝mvR2
支持力： FN＝ _G_－__m__vR_2____<G v 越大，则 FN 越小，当 v＝___g_R____时，FN＝0. (2)凹形 桥最低点 向心力：F 向＝__F__N－___G___＝mvR2. 支持力： FN＝ _G_＋__m__vR_2_v__>G. v 越大，则 FN 越大．
新人教版高中物理必修2课件5-7生活中的圆周运动 (共33张PPT)
N
F
α
α
G
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，则
火车转弯的规定速度为v0 是多少?
LR h
θ
FN
Hale Waihona Puke F合 L hθ G
F合=mgtan≈mgsin =mgh/L
由牛顿第二定律得：
F合=man 所以mgh/L=m
v02 R
即火车转弯的规定速度v0= Rgh
L
海南汽车试验场
。2021年3月18日星期四2021/3/182021/3/182021/3/18
• 15、会当凌绝顶，一览众山小。2021年3月2021/3/182021/3/182021/3/183/18/2021
• 16、如果一个人不知道他要驶向哪头，那么任何风都不是顺风。2021/3/182021/3/18March 18, 2021
都处于完全失重 状态。 为了全人类的和平进步， 中国人来到太空了
航天器中的宇航员
g
近地卫星
g0
g
（提示重力如何变）
远离地球的卫星
G
太空行走
在航天飞机中所有和重力有关的仪器都无法使用！
0
无法用天平测量物体的质量 弹簧测力计无法测量物体的重力. 但仍能测量拉力或压力的大小。
利用完全失重条件的科学研究
当离心机转得比较慢时， 缩口的阻力 F 足以提供所需 的向心力，缩口上方的水银 柱做圆周运动。当离心机转 得相当快时，阻力 F 不足以 提供所需的向心力，水银柱 做离心运动而进入玻璃泡内。
（4）制作“棉花”糖的原理：
内筒与洗衣机的脱水筒相 似，里面加入白砂糖，加热使 糖熔化成糖汁。内筒高速旋转， 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，并 迅速冷却凝固，变得纤细雪白， 像一团团棉花。
新人教版高中物理必修二课件：5.7生活中的圆周运动 (共25张PPT)
F= m v运2 动 r v2
F< m r
F> m v2 r
匀速圆周运动 离心运动 向心运动
列车速度过快，造成翻车事故
实例研究2——过拱桥
1、汽车过拱桥是竖 直面内圆周运动的典 型代表 2、研究方法与水平 面内圆周运动相同
比较在两种不同桥面，桥面受力的情况，设车质量为m， 桥面半径为R，此时速度为v。
• 情感、态度与价值观
• 1．通过对几个实例的分析，使学生明确具体问题必须具体分 析，理解物理与生活的联系，学会用合理、科学的方法处理问 题． 2．通过离心运动的应用和防止的实例分析．使学生明白事 物都是一分为二的，要学会用一分为二的观点来看待问 题． 3．养成良好的思维表述习惯和科学的价值观．
• 教学重点
mg
Ff静m=μmg=1.96×106N
研究与讨论
1、请设计一个方案让火车沿轨道安全通过弯道？
实际火车与轨道设计中， 利用轮缘可增加小部分的向心力；
垫高外轨可增加较多的向心力。
2、最佳方案
火车以半径R= 900 m转弯，火
FN
车质量为8×105kg ，速度为
30m/s，火车轨距l=1.4 m，要使
1 mv2 mgR(1 cos )
2
即将离开时FN=0
arccos2 48.2
3
θR
9、春去春又回，新桃换旧符。在那桃花盛开的地方，在这醉人芬芳的季节，愿你生活像春天一样阳光，心情像桃花一样美丽，日子像桃子一样甜蜜。21.3.18 21.3.18Thursday, March 18, 2021
FN
G 最高点
a
FN
mg
m v2 R
mg
失重
FaN’