2.3 生活中的圆周运动（课件）-【优化探究】2021-2022学年新教材高中物理必修第二册同步导学案（粤教版）

第三节　生活中的圆周运动 必修第二册·粤教物理 返回导航 下页 上页 学习目标 素养提炼 1.会分析公路弯道、火车转弯、汽车过拱桥等实际运动问题中向心力的来源。 2．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。 物理观念：变速圆周运动。 科学思维：向心力公式在铁路弯道、拱形和凹形路面的应用。 科学探究：变速圆周运动中向心力的来源。 必修第二册·粤教物理 返回导航 下页 上页 必备知识 自主学习 关键能力 合作探究 课时作业 巩固演练 课堂检测 素养达标 必修第二册·粤教物理 返回导航 下页 上页 一、公路弯道 1．汽车在水平公路上转弯时的向心力由车轮与路面间的___________来提供。 2．公路弯道处采用__________的斜坡式设计，可使车辆能以较高速度安全地通过弯道。 3．汽车在倾斜路面转弯时，转弯时向心力由________和地面__________的合力提供。 静摩擦力f 外高内低 重力mg 支持力FN 必修第二册·粤教物理 返回导航 下页 上页 二、铁路弯道 1．如果铁道弯道的内外轨一样高，火车转弯时，由外轨的________提供向心力，由于质量太大，因此需要很____的向心力，靠这种方法得到向心力，不仅铁轨和车轮极易受损，还可能使火车侧翻。 横向力 大 必修第二册·粤教物理 返回导航 下页 上页 2．铁路弯道的特点 (1)弯道处外轨________内轨。 (2)火车转弯时铁轨对火车的支持力不是竖直向上的，而是斜向弯道的_____。支持力与重力的合力指向______。 (3)在修筑铁路时，要根据弯道的______和________________，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和支持力的合力来提供。 略高于 内侧 圆心 半径 规定的行驶速度 必修第二册·粤教物理 返回导航 下页 上页 三、拱形和凹形路面 mg－FN FN－mg 必修第二册·粤教物理 返回导航 下页 上页 越小 越大 必修第二册·粤教物理 返回导航 下页 上页 [判断正误] (1)汽车在水平公路上转弯时的向心力由车轮与路面间的静摩擦力来提供。(　　) (2)汽车在倾斜路面转弯时所需的向心力一定完全由重力G和弹力FN的合力来提供。(　　) (3)铁路的弯道处，内轨高于外轨。(　　) (4)汽车行驶至拱形桥顶时，对桥面的压力等于车重。(　　) (5)汽车过凹形路面底部时，对路面的压力一定大于车重。(　　) √ × × × √ 必修第二册·粤教物理 返回导航 下页 上页 要点一　火车转弯问题 [探究导入]　如图为火车车轮的构造及火车转弯时的情景，设火车转弯时的运动是匀速圆周运动，观察图片并思考： 必修第二册·粤教物理 返回导航 下页 上页 (1)火车转弯处的铁轨有什么特点？ (2)火车转弯时哪些力提供向心力？ (3)火车转弯时速度过大或过小，会对哪侧轨道有侧压力？ 提示：(1)火车转弯处外轨高于内轨。 (2)重力、支持力、轨道的弹力。 (3)火车转弯时速度过大会对轨道外侧有压力，速度过小会对轨道内侧有压力。 必修第二册·粤教物理 返回导航 下页 上页 必修第二册·粤教物理 返回导航 下页 上页 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。 必修第二册·粤教物理 返回导航 下页 上页 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，即火车的向心加速度和向心力均是沿水平面而指向圆心。 必修第二册·粤教物理 返回导航 下页 上页 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弹力的合力提供，此时内轨或外轨对火车无挤压作用。 (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有重力和弹力的合力提供，此时内轨或外轨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。 必修第二册·粤教物理 返回导航 下页 上页 [易错提醒] 汽车、摩托车赛道拐弯处，高速公路转弯处设计成外高内低，也是尽量使车受到的重力和支持力的合力提供向心力，以减小车轮受到地面施加的侧向静摩擦力。 必修第二册·粤教物理 返回导航 下页 上页 [典例1]　一段铁路转弯处，内外轨高度差为h＝10 cm，弯道半径为r＝625 m，轨距l＝1 435 mm，求这段弯道的设计速度v0是多大。讨论当火车速度大于或小于v0时内外轨所受的侧压力(g取10 m/s2)。 [思路点拨]　(1)当火车以设计速度行驶时