《生活中的圆周运动》圆周运动PPT课件
第一部分：基本知识和素养基础
1. 列车转弯
【思考】
火车转弯时，外轨与内轨是否在同一高度？火车车轮设计有何特点？
提示：火车转弯时，外轨与内轨高度不同，外轨较高，内轨较低。火车车轮采用凸缘设计。
1、火车车轮的结构特点：火车车轮上有凸出的轮辋，火车行驶时，有轮辋的一侧在轨道上。
功能：帮助固定运动轨迹。
2、列车在曲线上运动的特点：圆周运动，向心加速度指向圆心。
3、向心力的来源：当内外轨处于同一高度时高中物理火车转弯，提供向心力。
当内外轨之间存在高度差时，车辆以规定的速度行驶，提供向心力。
2. 汽车驶过拱桥
3. 航天器中的失重状态
【思考】
如果把一个物体放在水平桌子上，就会对桌子产生压力；如果一艘航天器绕地球做圆圈运动，航天器内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施加压力。
1. 向心力分析： 和 的合力为宇航员提供了向心力。_____= 。
2、失重状态：当v=_____时，舱室对宇航员的支撑力为零，宇航员处于完全失重状态。
4.离心运动
1. 含义：物体飞出或逐渐移离圆心。
2、原因：向心力突然消失或提供不了所需的向心力。
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生活中的圆周运动PPT第二部分：关键能力与素养的养成
火车转弯
1.铁路曲线：
（1）若铁路曲线的内、外轨高度相同，外轮轮缘会挤压外轨留学之路，使外轨产生弹性变形。外轨对轮缘的弹力即为列车转弯时的向心力，如图A所示。但列车质量很大，轮缘与外缘相互作用力过大，用这种方式无法获得向心力，因此钢轨和车轮容易损坏。
（2）若曲线处外轨略高于内轨，如图B所示，列车转弯时轨道对列车的支撑力FN方向不再是垂直方向高中物理火车转弯，而是指向斜曲线内侧，支撑力与重力的合力指向圆心，为列车转弯提供全部或部分向心力，减少轮缘与外轨之间的挤压。
2. 转弯时列车要求的速度：
（1）有关物理量：设列车转弯时向心力完全由重力mg与支撑力FN的合力提供，设内外轨距为L，两轨高差为h，列车转弯半径为R，列车质量为m。
（2）理论分析：根据几何关系可知sinθ=____；由图中列车受力可知tanθ=____。当θ很小时，近似认为sinθ=tanθ，即____，故=____。根据向心力公式可知=____，故____，v0=____。由于h、L、R是在铁路建成后确定的，所以转弯时对轨道没有侧压力时列车的速度应为一个常数，即规定速度。
（3）速度关系：
① 当列车以速度v=v0转弯时，轮缘对内轨和外轨均不施加侧向压力。
②当列车以速度v>v0转弯时，外轨对车轮轮缘产生向内的侧向压力。
③当列车以速度v转弯时
【思考与讨论】
情形：一列高速列车在经过如图所示的曲线时做匀速圆周运动。
讨论：
（1）高铁转弯处的钢轨有何特点，转弯时哪些力提供向心力？（科学思考）
提示：轨道在弯道处外侧高于内侧；转弯时，向心力由重力和支撑力合力提供。
（2）高速列车以过高或过低的速度转弯时，轨道哪一侧会受到侧向压力？（科学思考）
提示： ①车速太高，造成外轨侧压。
②车速太低，造成内轨侧压。
【实例演示】
（多选） 设计水平面上的列车轨道曲线时，应外轨高、内轨低，即路基形成外侧高、内侧低的斜坡（如图所示）。内、外轨高差的设计应考虑轨道转弯半径和列车速度。若某条曲线设计成当列车以速度v通过时，车轮轮缘对内、外轨的压力恰好为零，车轮与钢轨之间的摩擦力可以忽略不计，则下列说法正确的是（）
A、当火车以速度v通过此曲线时，火车所受合力的方向沿路基向下。
B.当火车以速度v通过该曲线时，火车的重力和轨道对火车的支撑力合力产生了向心力。
C.当火车行驶速度大于v时，外轨会对轮辋施加压力。
D.当列车行驶速度小于v时，外轨对车轮轮缘产生压力。
【解析】选B、C。火车转弯时，轮缘对内、外轨的压力恰好为零，向心力由重力和支撑力的合力提供，且方向与圆心水平，故A错误，B正确；当速度大于v时，重力和支撑力的合力小于所需的向心力，外轨对轮辋施加压力，故C正确；当速度小于v时，重力和支撑力的合力大于向心力，内轨对轮辋施加压力，故D错误。
【读写培训】
1.（多选） 列车转弯可粗略看作匀速圆周运动，列车以规定速度通过时，内、外轨道不受横向挤压。现为降低列车转弯时的规定速度，需对铁路进行整修。从理论上讲，下列措施是可行的（）
A.减小内轨与外轨之间的高度差 B.增大内轨与外轨之间的高度差
C.减小曲线半径 D.增大曲线半径
【解析】选取A、C，当列车以规定的速度通过曲线时，列车重力与支撑力的合力提供向心力，如图所示：
2.（多选） 悬崖边的路常被称为最危险的路，汽车要想安全通过这条弯路，下列说法正确的是（）
A. 如果汽车以恒定的角速度转弯，选择内圆比较安全
B. 如果汽车以恒定的线速度转弯，选择外圈比较安全
C.转弯时，汽车受到重力、支撑力和摩擦力的作用。
D、转弯时，汽车受到重力、支撑力、摩擦力和向心力的作用。
两辆汽车穿过拱桥
1.当汽车经过拱桥最高点时：
如图所示，设汽车质量为m，桥面圆弧半径为r，汽车通过桥面最高点时的速度为v。
2、汽车经过凹桥最低处的情况：
如图所示，汽车受到垂直重力mg和桥梁支撑力FN的作用，这两个力的合力为汽车提供圆周运动的向心力。
3.处理圆周运动力学问题的一般思路：
（1）确定物体圆周运动的轨道平面和中心。
（2）根据几何关系计算轨道半径。
（3）分析作用于物体的力，确定向心力的来源。
（4）根据牛顿第二定律解方程。
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