2.3 生活中的圆周运动（备课堂）-【上好课】2020-2021学年高一物理同步备课系列（2019粤教版必修第二册）

新粤教版（2019）高中物理必修第二册 第二章 物体做圆周运动时需要什么力？ 谁来提供？ 向心力，合力提供 向心力的特点？ 方向： 大小： 时刻指向圆心 物体做匀速圆周运动时，所受合外力有何特点？ 合外力全部提供向心力，合外力的大小不变，方向始终指向圆心 “供需”平衡 物体做匀速圆周运动 向心力公式的理解 从“供” “需”两方面研究做圆周运动的物体 ，由物体受力情况决定 由物体的运动情况决定 牛顿第二定律F=ma的应用 F 提供物体做匀速圆周运动的力 物体做匀速圆周运动所需的力 = * 本资料来自于资源最齐全的２１世纪教育网www.21cnjy.com 公路弯道 汽车在水平公路上转弯时相当于在做圆周运动,此时向心力由车轮与路面间的静摩擦力f来提供 解得汽车转弯时的速度大小 O f静 由此可见:当汽车转弯时,存在一个安全通过的最大速度,如果超过了这个速度,汽车将发生侧滑现象。 改进措施: (1)增大转弯半径 (2)增加路面的粗糙程度 (3)最重要的一点:司机应该减速慢行! (4)增加路面高度差——外高内低 赛道的设计 N Fn mg 如图2-3-4所示,汽车在内低外高的倾斜路面转弯时,向弯道内侧倾斜,重力mg和地面支持力FN的合力F指向弯道内侧.设弯道倾角为θ,若此时合力F恰好可以提供汽车转弯所需向心力. 上式表示,仅由重力和支持力的合力提供向心力时的汽车速度 根据牛顿第二定律,可得 解得汽车转弯速度的大小 问题： 如果倾斜路面是光滑的， 汽车还能转弯吗？ 如果能，对速度有什么要求？ 能，根据上面例题可知，即使没有摩擦力，只靠重力与支持力的合力充当向心力也可以做圆周运动，此时的速度是个定值,假设路面与水平面夹角为θ，则有 问题：如果汽车转弯速度大于这个值呢？ 或者小于这个值呢？ 如果大于这个值，则汽车向上滑， 如果小于这个值，则向下滑。 正向力 N 重力G 向心力 F 铁路弯道 问题：火车转弯是什么力提供向心力？ 车轮的构造 火车车轮有突出的轮缘 铁轨模型 结论 外轨 内轨 外轨对轮缘的弹力提供向心力 铁路的弯道——内外轨一样高 思考：火车质量、速度比较大，故所需向心力也很大。挤压的后果会怎样? O F G FN 轮缘 G N 外轨对轮缘的弹力提供向心力 . F 由于该弹力是由轮缘和外轨的挤压产生的,且由于火车质量很大,速度比较大，故轮缘和外轨间的相互作用力很大,易损坏铁轨. 怎么办? 铁路的弯道——内外轨一样高 请同学们仔细观看视频,观察真实的火车轨道是怎样的？ 轨道对轮缘无挤压，此时火车的速度为多大？ θ 火车转弯临界速度: 重力G与支持力FN的合力F合是使火车转弯的向心力 铁路的弯道——外轨高于内轨 F合＝mg tanθ 火车转弯时所需的向心力 G FN F合 轮缘受到外轨向内的弹力 轮缘受到内轨向外的弹力 思考与讨论 若火车的速度大于或小于这个值时，会怎么样呢？ 当 v＜ gR tanθ ： 当 v＞ gR tanθ ： θ G FN θ G FN F F * * 西班牙超速列车脱轨事件 例1、火车以半径R= 900 m转弯，火车质量为8×105kg ，速度为30m/s，火车轨距l=1.4 m，要使火车通过弯道时仅受重力与轨道的支持力，轨道应该垫的高度h？（θ较小时tanθ=sinθ） θ 由力的关系得： 由向心力公式得： 由几何关系得： 解： =0.14m FN mg F h 例2 . 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； (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. FN mg * 1、火车转弯时向心力是水平的． 2、向心力是按效果命名的力，如果认为做匀速圆周运动的物体除了受到另外物体的作用，还要再受到一个向心力，那就不对了。 注意 拱形路面 汽车通过拱形路面的最高点时对路面的压力大小.选汽车为研究对象,如图2-3-8所示,汽车在竖直方向上受到的重力G和支持力FN的合力就是竖直向下的向心力 即 根据 得 拱形路面对汽车的支持力 根据牛顿第三定律,路面对汽车的支持力FN在数值上等于路面所受的压力FN＇.所以汽车对路面压力的大小 由此可知,汽车对拱形路面的压力FN＇小于汽车的重力G,而且汽车的速度越大,汽车对路面的压力越小 　　某同学受到“汽车过拱形路面”问题的启发,联想起自己坐车过拱形路面最高点时,有时会有一种“飘”起来的感觉 以小组为单位开展讨论,对上述运动状态及后续运动过程做出分析,并指出其中存在的安全问题 讨论与