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高中物理人教版 (2019)必修 第二册4 生活中的圆周运动教学课件ppt
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这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第二册4 生活中的圆周运动教学课件ppt，文件包含64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pptx、列车高速转弯avi、拉力赛车冲坡过弯avi等3份课件配套教学资源，其中PPT共28页， 欢迎下载使用。
生活中随处可见物体的圆周运动。大到行星的运转、小到摩天轮的旋转，无不包含圆周运动的知识。在铁路弯道处，大家留意就会发现，铁轨的内外轨道高度稍有不同。你能解释其中的原因吗？
做匀速圆周运动的物体受到的指向圆心的合力，叫作向心力。
请回忆向心力的相关知识
向心力是按效果命名的力，可以由某个力的分力或几个力的合力提供。
赛车转弯时的向心力由地面的摩擦力来提供。
探究1 观察火车车轮与铁轨的结构
火车在轨道上运行时，为了固定其运动轨迹。车轮内侧会有凸出的轮缘，火车转弯时的运动可以简化为圆周运动。如果内外轨道一样高，那么火车转弯时的向心力是由谁提供的？这样可能存在什么问题？
【估算】高速列车在水平面内拐弯时，可以近似看做匀速圆周运动，一节车厢的质量m=15t，拐弯的速度大小为360km/h，拐弯的半径为1km，则外侧铁轨对轮缘的侧向挤压力FN为多大？
【建模】高速列车在水平面内拐弯时，可以近似看做匀速圆周运动。假设转弯半径为r，轨道倾角为θ，若想让车轮和轨道间无挤压，火车转弯的速度v0应该为多大？
必备知识1 火车转弯的速度与受力
当v=v0时，轮缘不受侧向压力,临界速度。
当v＞v0时，轮缘受到外轨向内的挤压力, 外轨易损坏。
当v＜v0时，轮缘受到内轨向外的挤压力, 内轨易损坏。
【例1】如图所示，复兴号列车以速率v通过一段水平弯道，转弯半径为r，列车恰好与轨道间没有侧向压力，不计空气阻力，重力加速度为g，则下列判断正确的是（ ） A．列车左右两车灯的线速度大小相等 B．弯道处的外轨略高于内轨 C．内外轨所在斜面的倾角满足sinθ=v2/gr D．质量为m的乘客在拐弯过程中，受到列车给他的作用力为mv2/r
【解析】列车转弯过程中车身上各部位周期相等，角速度相等，根据v=ꞷr可知列车外侧的车灯线速度大，A错误；列车与轨道之间无侧向压力，则弯道处的外轨会略高于内轨，且内、外轨所在斜面的倾角满足mgtanθ=mv2/r，即tanθ=mv2/r，B正确，C错误；当质量为m的乘客在转弯过程中，受到列车给他的作用力为：
探究2 汽车过拱形桥时的受力情况
汽车在通过拱形桥时的运动可以简化为圆周运动。当汽车以一定的速度v行驶至桥顶时，其向心力是由谁提供的？如果汽车的速度较大，可能会出现什么现象？如何解释这种现象？
【建模】质量为m的汽车在拱形桥上以速度v行驶，若桥面的圆弧半径为R，试分析汽车通过桥的最高点时对桥的压力大小．
由牛顿第三定律得，汽车通过桥的最高点时对桥的压力：
汽车过桥速度太大会怎样？
当汽车的速度超过临界速度时，桥面支持力为0，汽车完全失重。
【建模】质量为m的汽车在凹形桥上以速度v行驶，若桥面的圆弧半径为R，试分析汽车通过桥的最低点时对桥的压力大小．
由牛顿第三定律得，汽车通过桥的最低点时对桥的压力：
汽车通过凹形桥时处于超重状态，速度越大，FN越大，轮胎容易受损。
当速度v增大时，汽车对桥面的压力也随之增大。
必备知识2 汽车过桥时的速度与受力
过凸形桥时，超过临界速度汽车可能脱离桥面。
过凹形桥时，速度较大时汽车轮胎受力也较大。
【例2】如图，一辆质量m=500kg的小汽车驶上一座半径r=40m的圆弧形拱桥。（取g=10m/s2） （1）汽车以v1=6m/s的速度经过拱桥的顶部时，圆弧形拱桥对汽车的支持力是多大？ （2）汽车以多大速度通过拱桥的顶部时，汽车对圆弧形拱桥的压力恰好为零？
【解析】（1）汽车过拱桥的顶部时在竖直方向受重力mg和支持力FN，根据牛顿第二定律有:
解得：FN=4550N
（2）汽车过拱桥的顶部时，如果对桥的压力为零，则重力提供向心力：
探究3 航天器中的失重现象
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？
对宇航员，重力提供向心力：mg= mv2/r，由此可以得出
此时人对座椅的压力为零，宇航员处于完全失重状态。
必备知识3 航天器中的失重现象
当公式中的R为地球半径时，求出的速度为第一宇宙速度。
航天器和人的重力全部来提供向心力，无内力，完全失重。
关键能力 对匀速圆周运动的物体进行受力分析
牛 顿 第 二 定 律
【例3】某同学尝试“水流星”表演，已知水桶与水总质量为m，旋转半径为R，若想表演成功，则到达最高点水桶的速度至少为多少？若最高点时水桶速度为 ，则人的拉力为多大？
【解析】① 到达最高点时，临界条件为只有重力提供向心力，即：
②若最高点水桶速度为 ，则 重力和拉力的合力提供向心力，即：
生活中随处可见物体的圆周运动。大到行星的运转、小到摩天轮的旋转，无不包含圆周运动的知识。在铁路弯道处，大家留意就会发现，铁轨的内外轨道高度稍有不同。你能解释其中的原因吗？
做匀速圆周运动的物体受到的指向圆心的合力，叫作向心力。
请回忆向心力的相关知识
向心力是按效果命名的力，可以由某个力的分力或几个力的合力提供。
赛车转弯时的向心力由地面的摩擦力来提供。
探究1 观察火车车轮与铁轨的结构
火车在轨道上运行时，为了固定其运动轨迹。车轮内侧会有凸出的轮缘，火车转弯时的运动可以简化为圆周运动。如果内外轨道一样高，那么火车转弯时的向心力是由谁提供的？这样可能存在什么问题？
【估算】高速列车在水平面内拐弯时，可以近似看做匀速圆周运动，一节车厢的质量m=15t，拐弯的速度大小为360km/h，拐弯的半径为1km，则外侧铁轨对轮缘的侧向挤压力FN为多大？
【建模】高速列车在水平面内拐弯时，可以近似看做匀速圆周运动。假设转弯半径为r，轨道倾角为θ，若想让车轮和轨道间无挤压，火车转弯的速度v0应该为多大？
必备知识1 火车转弯的速度与受力
当v=v0时，轮缘不受侧向压力,临界速度。
当v＞v0时，轮缘受到外轨向内的挤压力, 外轨易损坏。
当v＜v0时，轮缘受到内轨向外的挤压力, 内轨易损坏。
【例1】如图所示，复兴号列车以速率v通过一段水平弯道，转弯半径为r，列车恰好与轨道间没有侧向压力，不计空气阻力，重力加速度为g，则下列判断正确的是（ ） A．列车左右两车灯的线速度大小相等 B．弯道处的外轨略高于内轨 C．内外轨所在斜面的倾角满足sinθ=v2/gr D．质量为m的乘客在拐弯过程中，受到列车给他的作用力为mv2/r
【解析】列车转弯过程中车身上各部位周期相等，角速度相等，根据v=ꞷr可知列车外侧的车灯线速度大，A错误；列车与轨道之间无侧向压力，则弯道处的外轨会略高于内轨，且内、外轨所在斜面的倾角满足mgtanθ=mv2/r，即tanθ=mv2/r，B正确，C错误；当质量为m的乘客在转弯过程中，受到列车给他的作用力为：
探究2 汽车过拱形桥时的受力情况
汽车在通过拱形桥时的运动可以简化为圆周运动。当汽车以一定的速度v行驶至桥顶时，其向心力是由谁提供的？如果汽车的速度较大，可能会出现什么现象？如何解释这种现象？
【建模】质量为m的汽车在拱形桥上以速度v行驶，若桥面的圆弧半径为R，试分析汽车通过桥的最高点时对桥的压力大小．
由牛顿第三定律得，汽车通过桥的最高点时对桥的压力：
汽车过桥速度太大会怎样？
当汽车的速度超过临界速度时，桥面支持力为0，汽车完全失重。
【建模】质量为m的汽车在凹形桥上以速度v行驶，若桥面的圆弧半径为R，试分析汽车通过桥的最低点时对桥的压力大小．
由牛顿第三定律得，汽车通过桥的最低点时对桥的压力：
汽车通过凹形桥时处于超重状态，速度越大，FN越大，轮胎容易受损。
当速度v增大时，汽车对桥面的压力也随之增大。
必备知识2 汽车过桥时的速度与受力
过凸形桥时，超过临界速度汽车可能脱离桥面。
过凹形桥时，速度较大时汽车轮胎受力也较大。
【例2】如图，一辆质量m=500kg的小汽车驶上一座半径r=40m的圆弧形拱桥。（取g=10m/s2） （1）汽车以v1=6m/s的速度经过拱桥的顶部时，圆弧形拱桥对汽车的支持力是多大？ （2）汽车以多大速度通过拱桥的顶部时，汽车对圆弧形拱桥的压力恰好为零？
【解析】（1）汽车过拱桥的顶部时在竖直方向受重力mg和支持力FN，根据牛顿第二定律有:
解得：FN=4550N
（2）汽车过拱桥的顶部时，如果对桥的压力为零，则重力提供向心力：
探究3 航天器中的失重现象
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？
对宇航员，重力提供向心力：mg= mv2/r，由此可以得出
此时人对座椅的压力为零，宇航员处于完全失重状态。
必备知识3 航天器中的失重现象
当公式中的R为地球半径时，求出的速度为第一宇宙速度。
航天器和人的重力全部来提供向心力，无内力，完全失重。
关键能力 对匀速圆周运动的物体进行受力分析
牛 顿 第 二 定 律
【例3】某同学尝试“水流星”表演，已知水桶与水总质量为m，旋转半径为R，若想表演成功，则到达最高点水桶的速度至少为多少？若最高点时水桶速度为 ，则人的拉力为多大？
【解析】① 到达最高点时，临界条件为只有重力提供向心力，即：
②若最高点水桶速度为 ，则 重力和拉力的合力提供向心力，即：
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