人教版 (2019)必修 第二册4 生活中的圆周运动图文ppt课件

这是一份人教版 (2019)必修 第二册4 生活中的圆周运动图文ppt课件，共60页。PPT课件主要包含了课前·基础认知，课堂·重难突破，素养·目标定位，随堂训练，素养•目标定位，目标素养，知识概览，受力特点，一火车转弯问题，轨道压力分析等内容，欢迎下载使用。

1.知道具体问题中的向心力来源。2.掌握分析、处理生产和生活中实例的方法。3.掌握物体在变速圆周运动中特殊点的向心力、向心加速度的求法。4.了解生产生活中的离心现象及其产生的原因,了解离心运动的应用和防止。
一、火车转弯1.火车在弯道上的运动特点。火车转弯时实际是在做　圆周　运动,因而具有　向心　加速度。由于其质量巨大,需要很大的向心力。 
2.向心力的来源。(1)如果铁路弯道的内外轨一样高,火车转弯时,外轨对轮缘的　弹力　是火车转弯所需向心力的主要来源。这样,不仅铁轨和车轮极易受损,还可能使火车侧翻。 (2)如果在弯道处使外轨略高于内轨,依据规定的行驶速度行驶,转弯时所需的向心力几乎完全由　火车的重力G　和　铁轨对火车的支持力FN　的合力提供。 
微判断1 1.火车弯道的半径很大,故火车转弯需要的向心力很小。(　　)2.火车转弯时的向心力是车轨与车轮间的挤压提供的。(　　)3.火车通过弯道时具有速度的限制。(　　)
二、汽车过拱形桥1.向心力来源。汽车过拱形桥时的运动可以看作圆周运动。汽车通过桥的最高点或最低点时,所需向心力由　重力　和桥面的　支持力　提供。 
微判断2 1.汽车过拱形桥或凹形路面时,向心加速度的方向都是向上的。(　　)2.汽车驶过凹形路面最低点时,对路面的压力一定大于重力。(　　)3.汽车在拱形桥上行驶,速度较小时,对桥面的压力大于车的重力。(　　)
三、航天器中的失重现象1.航天器在近地轨道的运动。
2.绕地球做匀速圆周运动的航天器内的任何物体都处于　完全失重　状态。 
微思考 神舟十四号飞船绕地球的运动可视为匀速圆周运动,神舟十四号航天员在天和核心舱中展示了失重环境下的物理实验或现象,请思考下列四幅图中的行为可以在天和核心舱内完成的有哪些?甲用台秤称量重物的质量;乙用水杯喝水;丙用沉淀法将水与沙子分离;丁给小球一个很小的初速度,小球就能在竖直面内做圆周运动。
提示:在飞船内重物处于完全失重状态。重物对台秤的压力为零,无法通过台秤称量重物的质量;水不会因重力而流入嘴中;不能通过沉淀法使沙与水分离,故甲、乙、丙不能完成。完全失重状态时,给小球一个很小的初速度,小球能在拉力作用下在竖直面内做圆周运动,所以丁可以完成。
四、离心运动1.概念。做圆周运动的物体,在向心力突然消失时,沿切线方向飞出,或者合力不足以提供所需的向心力时,逐渐　远离圆心　的运动。 2.原因。向心力突然消失或合力不足以提供所需的　向心力　。 
3.离心运动的应用与防止。(1)离心运动的应用。洗衣机的脱水筒、制造水泥涵管、离心式水泵、离心式真空泵、离心分离器等都是根据离心运动工作的。(2)离心运动的防止。①由于离心现象,汽车转弯时易出现交通事故。因此在公路弯道,车辆不允许超过　规定的速度　。 ②高速转动的砂轮、飞轮等,都不得超过允许的 最大转速 。转速过高时,砂轮、飞轮内部分子间的相互作用力不足以提供所需的向心力,离心运动会使它们破裂酿成事故。 
微判断3 1.做离心运动的物体沿半径方向远离圆心。(　　)2.做圆周运动的物体只有突然失去向心力时才做离心运动。(　　)3.物体做离心运动是受到沿半径向外的离心力作用的结果。 (　　)
重难归纳1.火车车轮的特点:火车的车轮有凸出的轮缘,火车在铁轨上运行时,车轮与铁轨有水平与竖直两个接触面,这种结构特点,主要是避免火车运行时脱轨,如图所示。
2.圆周平面的特点:弯道处外轨高于内轨,但火车在行驶过程中,重心高度不变,即火车的重心轨迹在同一水平面内,火车的向心加速度和向心力均沿水平面指向圆心。3.向心力的来源分析:火车速度合适时,火车受重力和支持力作用,火车转弯所需的向心力完全由重力和支持力的合力提供,合力沿水平方向,大小F=mgtan θ。
火车在铁轨上转弯可以看作是做匀速圆周运动,火车速度提高易使外轨受损。如何解决火车高速转弯时外轨受损这一难题呢?提示:火车速度提高,容易挤压外轨,损坏外轨。可适当增大转弯半径或者增加内、外轨的高度差。
典例剖析【例1】 有一列重为100 t的火车,以72 km/h的速率匀速通过一个内外轨一样高的弯道,轨道半径为400 m。(g取10 m/s2)(1)试计算铁轨受到的侧压力大小。(2)若要使火车以此速率通过弯道,且使铁轨受到的侧压力为零,我们可以适当倾斜路基,试计算路基倾斜角度θ的正切值。答案:(1)1×105 N　(2)0.1
规律总结 火车转弯问题的解题策略(1)对火车转弯问题一定要搞清合力的方向,指向圆心方向的合力提供火车做圆周运动的向心力,方向指向水平面内的圆心。(2)弯道两轨在同一水平面上时,向心力由外轨对轮缘的挤压力提供。(3)当外轨高于内轨时,向心力由火车的重力和铁轨的支持力以及内、外轨对轮缘的挤压力的合力提供,这还与火车的速度大小有关。
二 汽车过拱形桥问题的分析
如图所示,在某次军事演习中,一辆战车以恒定的速率在起伏不平的路面上行进,在A、B、C、D四点中,战车在哪一点对路面的压力最大?在哪一点对路面的压力最小?提示:战车在B点时对路面的压力最大,在A点时对路面的压力最小。
典例剖析【例2】如图所示,一辆质量为500 kg的汽车静止在一座半径为40 m的圆弧形拱桥顶部,(g取10 m/s2)问:(1)此时汽车对圆弧形拱桥的压力是多大?(2)如果汽车以10 m/s的速度经过拱桥的顶部,则汽车对圆弧形拱桥的压力是多大?(3)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?答案:(1)5 000 N　(2)3 750 N　(3)20 m/s
学以致用2.一辆汽车匀速率通过一座圆弧形拱形桥后,接着又以相同速率通过一圆弧形凹形桥。设两圆弧半径相等,汽车通过拱形桥桥顶时,对桥面的压力大小F1为车重的一半,汽车通过圆弧形凹形桥的最低点时,对桥面的压力大小为F2,则F1与F2之比为(　　)A.3∶1B.3∶2C.1∶3D.1∶2答案:C
解析:汽车过圆弧形拱形桥(凹形桥)的最高点(最低点)时,由重力与桥面对汽车的支持力的合力提供向心力,如图甲所示,汽车过圆弧形拱形桥的最高点时,由牛顿第三定律可知,汽车受桥面对它的支持力与它对桥面的压力大小相等,即F1'=F1①
三 航天器中的失重现象和离心运动
重难归纳1.航天器在近地轨道的运动。(1)对航天器,在近地轨道可认为受到的地球引力等于其重力,重力充当向心力,满足的关系为mg= 。(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,但并不是物体不受地球引力。正因为受到地球引力的作用,才使航天器连同其中的乘员做匀速圆周运动。
2.离心运动的理解。(1)离心运动的实质。离心运动是物体逐渐远离圆心的运动,它的本质是物体惯性的表现。做圆周运动的物体,总是有沿着圆周切线飞出去的趋势,之所以没有飞出去,是因为受到向心力作用。(2)离心运动的受力特点。物体做离心运动并不是物体受到离心力作用,而是由于外力不能提供足够的向心力。所谓“离心力”也是由效果命名的,实际并不存在。
(3)合力与向心力的关系(如图)。
④若F合=0,则物体做直线运动。
提示:内筒高速旋转时,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时,迅速冷却凝固,变得纤细雪白,像一团团棉花。
典例剖析【例3】 (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vc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vc,车辆便会向内侧滑动C.车速虽然高于vc,但只要不超出某一最高速度,车辆便不会向外侧滑动D.当路面结冰时,与未结冰时相比,vc的值变小答案:AC
解析:汽车转弯时,恰好没有向公路内外两侧滑动的趋势,说明公路外侧高一些,支持力的水平分力刚好提供向心力,此时汽车不受静摩擦力的作用,与路面是否结冰无关,选项A正确,D错误。当vvc时,支持力的水平分力小于所需向心力,汽车有向外侧滑动的趋势,在摩擦力达到最大静摩擦力前不会侧滑,选项B错误,C正确。
学以致用3.(多选)对航天器中处于完全失重状态的水珠,下列说法正确的是(　　)A.水珠仍受重力的作用B.水珠受力平衡C.水珠所受重力等于所需的向心力D.水珠不受重力的作用答案:AC解析:做匀速圆周运动的航天器中的物体,所受重力全部提供其做圆周运动的向心力,处于完全失重状态,并非不受重力作用,选项A、C正确,B、D错误。
4.下图是摩托车比赛转弯时的情形。转弯处路面常是外高内低,摩托车转弯有一个最大安全速度,若超过此速度,摩托车将发生滑动。对于摩托车滑动的问题,下列论述正确的是(　　)A.摩托车一直受到沿半径方向向外的离心力作用B.摩托车所受外力的合力小于所需的向心力C.摩托车将沿其线速度的方向沿直线滑去D.摩托车将沿其半径方向沿直线滑去答案:B
解析:摩托车只受重力、地面支持力和地面的摩擦力作用,没有离心力,选项A错误;摩托车正常转弯时可看作是做匀速圆周运动,所受的合力等于向心力,如果向外滑动,说明提供的向心力即合力小于需要的向心力,选项B正确;摩托车发生滑动时,将沿曲线做离心运动,选项C、D错误。
1.(多选)利用离心运动的机械叫作离心机械。下列机械属于离心机械的是(　　)A.洗衣机脱水筒B.棉花糖制作机C.低温离心机D.旋转秋千答案:ABC解析:离心运动是外力不足以提供物体做圆周运动所需的向心力,物体远离圆心的运动,因此旋转秋千不属于离心机械。
2.某节目中有这样一个项目,选手需要借助悬挂在高处的绳飞跃到河沟对面的平台上。已知选手的质量为m,选手(示意图)抓住绳由静止开始摆动,此时绳与竖直方向夹角为α,如图所示。不考虑空气阻力和绳的质量(选手可视为质点),下列说法正确的是(　　)A.选手摆动到最低点时所受绳子的拉力等于mgB.选手摆动到最低点时所受绳子的拉力大于mgC.选手摆动到最低点时所受绳子的拉力大于选手对绳子的拉力D.选手摆动到最低点的运动过程为匀变速曲线运动答案:B
解析:由于选手摆动到最低点时,绳子拉力和选手自身重力的合力提供选手做圆周运动的向心力,有FT-mg=F向,FT=mg+F向>mg,选项B正确,A错误;C项中,两力为作用力和反作用力,大小相等,选项C错误;选手到最低点过程中,加速度大小和方向都变化,选项D错误。
3.用如图所示实验模拟拱形桥研究汽车通过桥的最高点时对桥的压力。在较大的平整木板上相隔一定的距离两端各钉4个钉子,将三合板弯曲成拱形桥,两端卡入钉内,三合板上表面事先铺上一层牛仔布以增大摩擦,这样玩具车就可以在桥面上跑起来了。
把这套系统(该系统质量不计)放在电子秤上,关于电子秤的示数,下列说法正确的是(　　)A.玩具车通过拱形桥顶端时速度越大(未离开拱形桥),电子秤示数越小B.玩具车通过拱形桥顶端时电子秤的示数不可能为零C.玩具车通过拱形桥顶端时处于超重状态D.玩具车静止在拱形桥顶端时比运动经过顶端时电子秤的示数小一些答案:A
4.(多选)全国铁路大面积提速,给人们的生活带来便利。火车转弯可以看成是在水平面内做匀速圆周运动,火车速度提高会使外轨受损。为解决火车高速转弯时外轨受损这一难题,以下措施可行的是(　　)A.适当减小内外轨的高度差B.适当增加内外轨的高度差C.适当减小弯道半径D.适当增大弯道半径答案:BD
5.(多选)在航天飞机围绕地球做匀速圆周运动过程中,关于航天员,下列说法正确的是(　　)A.航天员受到的重力消失了B.航天员仍受重力作用,重力提供其做匀速圆周运动的向心力C.航天员处于超重状态D.航天员对座椅的压力为零答案:BD
6.高速公路转弯处弯道圆半径R=100 m,汽车轮胎与路面间的动摩擦因数μ=0.225。若路面是水平的(假设最大静摩擦力可近似看作与滑动摩擦力相等,g取10 m/s2),问:(1)汽车转弯时不发生径向滑动(离心现象)所许可的最大速率vm为多大?(2)当汽车转弯的速度超过vm时,将会出现什么现象?答案:(1)15 m/s(2)汽车将做离心运动,严重时将出现翻车事故