2.3 生活中的圆周运动（备课件）-【上好课】2021-2022学年高一物理同步备课系列（粤教版2019必修第二册）

第二章 圆周运动 第三节 生活中的圆周运动 粤教版（2019）高中物理必修第二册 一、公路弯道 在有些公路的弯道处，会挂有减速标志牌，这是什么缘故? 从物理模型的角度思考，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，如图所示.根据向心力的公式，有 解得汽车转弯时的速度大小: 如果弯道半径一定，汽车转弯时，需控制速度，以防止车轮打滑。从上式可知， 急转弯处半径r较小，雨天路滑使最大静摩擦力fmax减小，汽车质量m过大，这三 种情况都需要在转弯时限制速度的大小v，否则汽车很容易向弯道外侧打滑，引 发交通事故。 如图在部分公路弯道处采用外高内低的斜坡式设计，可使车辆能以较高速度安全地通过弯道，从而提高道路通行能力，节约燃料。 如图所示，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，根据牛顿第二定律，可得 解得汽车转弯速度的大小: 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。 1．汽车在水平公路上转弯 (1)车轮与路面间的静摩擦力f提供向心力，即f＝。 (2)为了安全行驶，若急转弯半径较小，雨雪天气路面湿滑，汽车的质量过大， 转弯时都需要控制速度，以防侧滑。 2．汽车在倾斜的公路上转弯 (1)为了使汽车不必大幅减速而又能安全通过弯道，公路弯道处应设计为外高内低。汽车的重力和路面的支持力的合力完全提供向心力，此时汽车不受侧向的摩擦力，则有 ，解得汽车转弯的速度。由此可知：为了使汽车快速安全地通过公路弯道，设计路面应适当增大弯道半径和路面的倾角。 (2)若汽车的转弯速度，汽车将受到侧向的摩擦力。 【知识拓展】 火车的车轮与汽车的车轮不同，火车在铁路弯道处又是如何转弯的? 观察火车的车轮（如图所示），可以发现车轮有突出的轮缘，轮缘在铁轨上可以起到限定方向的作用。 当火车在水平轨道上转弯时，外侧车轮的轮缘挤压外轨，车轮受外轨的横向力作用，使火车获得转弯所需的向心力。但是，轮缘与铁轨间的挤压和摩擦会造成车轮磨损，而且火车质量越大、车速越快时，磨损程度越高，不利于行车安全。 二、铁路弯道 为了解决这一问题，工程师们在设计铁路时，让弯道处铁 轨的外轨略高于内轨（如图所示），与汽车在倾斜路面上 转弯的原理相似，巧妙地