2023届上海市新高考物理一轮复习课件：第四章 曲线运动

上海新高考物理 一轮复习 第四章 曲线运动（2） 汽车拐弯问题 汽车过桥问题 球绳/杆/管模型 1 概述 知识点 1 汽车拐弯问题 2 汽车过桥问题 3 球绳/杆/管模型 汽车拐弯问题 赛车在水平地面上转弯的向心力由哪个力提供呢？ O mg FN O 赛车为什么可以做出高难度的漂移动作呢？请运用学过的知识建模分析。 模型一：质点模型 模型二：匀速圆周运动模型 Ff v Ff 有什么实际应用呢？ 3 汽车拐弯问题 匝道转弯限速 当一辆汽车质量为m，其与地面的摩擦系数为μ，匝道半径为r，求此时的匝道限速为多少？ r 解：设匝道限速为vmax 向心力有地面摩擦力提供 大家可以分析，在现实生活中哪些因素会改变当前限速值。 值得注意的是： 以上情况是假设地面摩擦力达到了最大静摩擦力Ffmax下的最大转弯速度，实际生活中为了安全车速会小于限速值。摩擦力也不一定是最大静摩擦力。 因为静摩擦力不能超过最大静摩擦力，故要求汽车转弯时，车速不能太大和转弯半径不能太小。 4 汽车拐弯问题 一般情况下汽车的行驶速度不是很大，靠地面的摩擦力足以提供向心力。但是在汽车测速时，车速相当大，场地方会弯道建造倾斜弯道，利用重力和支持力的合力来提供向心力。原理类比火车转弯。 冬奥会项目 钢架雪车 超跑测速 5 汽车拐弯问题 示例1 如图为某游乐设施，水平转盘中央有一根可供游客抓握的绳子，质量为m的游客，到转轴的距离为r，游客和转盘间的动摩擦因数为μ，设游客受到的最大静摩擦力等于滑动摩擦力，已知重力加速度为g。 (1)当游客不抓握绳子时，为保证游客不滑动，转盘的角速度最大不能超过多少？ (2)当转盘的角速度 时，游客抓住绳可使自己不滑动，则人拉绳的力至少是多大？ (1) (2) 6 汽车拐弯问题 变式1 如如图所示，一个内壁光滑的圆锥筒固定在水平地面上，其轴线处于竖直方向，A、B两个小球紧贴着筒内壁分别在不同的两个水平面上做匀速圆周运动（A做圆周运动的半径大于B，即RA>RB）。分析A、B两球的运动，可知它们具有相同的（　　） （ A ）线速度 （ B ）角速度 （ C ）向心加速度 （ D ）周期 C 7 汽车过桥问题 建模 mg FN 需要考虑摩擦力吗？ 不需要，因为向心力方向应为竖直方向 重力和支持力的合力提供向心力 设在桥顶的速度为v 在本题中分析支持力FN更加有实际意义 当v逐渐增大， FN逐渐减少直至到零。 若v继续增大，则无法满足圆周运动，飞离地面 当 汽车能在桥面行驶的速度上限 桥面半径r mg→F向 8 汽车过桥问题 建模 mg FN 重力和支持力的合力提供向心力 设在桥底的速度为v FN随着v逐渐增大而增大。 那v可以无限增大吗？ 桥面半径r FN增大会迅速增加轮胎内部的胎压，容易爆胎造成事故 FN过大的压力对路面保养也是不利的 9 汽车过桥问题 mg FN FN mg FN ＞mg FN ＜mg 汽车所受的FN小于其所受重力 即处于失重 汽车所受的FN大于其所受重力 即处于超重 大家可以想象自己过不同桥面身体的感觉是如何 a↑ a ↓ 10 汽车过桥问题 只有重力提供竖直向下的向心力 为了车辆可以顺利达到最高点，请问v应该越大还是越小 汽车恰好能通过最高点， 汽车与桥面没有相互作用的压力 根据生活经验，应该速度越大越好 设在车辆恰好能达到最高点的速度为v 此时小车受到了桥面向下的挤压力了吗 汽车能在通过最高点行驶的最小速度 当 汽车可以能通过最高点，汽车与桥面没有相互作用的压力 当 汽车无法通过最高点。 当 11 汽车拐弯问题 示例2如图一辆货车在崎岖道路上匀速率行驶，途中发生了爆胎。道路地形如图所示，则爆胎可能性最大的位置是图中的 （ ） （A）A 处 （B）B 处 （C）C 处 （D）A 或 B 或 C 处 B A B C 12 汽车拐弯问题 变式2公路在通过小型水库的泄洪闸的下游时，常常要修建凹形桥，也叫“过水路面”，如图所示，凹形桥最低点附近小段所对应的圆半径是20m，质量为2×103kg的汽车以36km/h的速度通过凹形桥的最低点时（取g=10m/s2 ）（　　） （ A）车的向心加速度为10m/s2 （ B）车对桥面的压力为3×104N （ C）桥面对车的支持力为2×104N （ D）车的速度越小，车对桥面的压力越大 B 13 汽车过桥问题 两类模型对比 如球与绳连接、沿内轨道运动的球等 v O1 v O1 r r 绳 内轨 图例： 受力分析： O1 mg O1 mg FT O1 mg O1 mg FN 14 汽车过桥问题 两类模型对比 如球与绳连接、沿内轨道运动的球等 v O1 v O1 r r 绳 内轨 图例： 力学特征： 临界条件： 如果仅要求到达圆心以下的地方，最