6.4.1 生活中的圆周运动 课件-2022-2023学年高一下学期物理人教版（2019）必修第二册

§6.41 生活中的圆周运动 第六章 圆周运动 1 课前练．质量为2000kg的汽车在水平公路上行驶,轮胎与路面间的最大静摩擦力为14000N.汽车经过半径为50m的弯路时,如果车速达到72km/h,这辆车会不会发生侧滑？ (1)运动：“需” 1.6×104N (2)受力：“供” 则 ，即 “需” > “供” , 所以汽车会发生侧滑． 教材 第39页第3题 3 2 (1). 转弯的轨迹 阅读教材P35，分析水平轨道和倾斜轨道时向心力的来源？ 一、火车转弯 在铁路弯道处，稍微留意一下，就能发现内、外轨道的高度略有不同。你能解释其中的原因吗？ 6 3 一、火车转弯 火车的车轮上两侧都有突出的轮缘 (2). 车轮的结构 6 4 1. 内外轨道一样高时转弯 外轨 内轨 外轨对轮缘的弹力 O 一、火车转弯 (3). 转弯的规律 谁提供向心力？ 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,故轮缘和外轨间的相互作用力很大,易损坏铁轨 FN ＝m 8 5 2. 外轨高内轨低时转弯 在转弯处外轨略高于内轨 θ O 一、火车转弯 (1). 轨道平面？向心力方向？ (2). 谁提供向心力？ (3). 若要求内外轨道均不向车轮施加侧向压力， 请设计火车转弯速度？ (3). 转弯的规律 v ＝ 14 6 h L θ 一、火车转弯 (3). 转弯的规律 2. 外轨高内轨低时转弯 思考: (1)如果v行驶 > v设计 , 挤压哪侧? (2)如果v行驶 < v设计 , 挤压哪侧? θ很小时 , sinθ≈tanθ ≈θ 轮缘挤压外轨 轮缘挤压内轨 铁路弯道处超速是火车脱轨和翻车的主要原因 16 7 [例1] (多选)火车转弯可近似看成是做匀速圆周运动，当火车以规定速度通过时，内、外轨道均不受侧向挤压，如图，现要降低火车转弯时的规定速度，需对铁路进行改造，从理论上讲以下措施可行的是( ) A．减小内、外轨的高度差 B．增加内、外轨的高度差 C．减小弯道半径 D．增大弯道半径 AC 20 8 二、汽车过拱形桥 (1). 汽车过拱形桥 汽车过拱形桥时的运动也可以看作圆周运动。质量为m 的汽车在拱形桥上以速度 v 前进，设桥面的圆弧半径为R，我们来分析汽车通过桥的最高点时对桥的压力。 v2 R mg＝m 3.当v大于v临界时，汽车做什么运动？ 飞离桥面做平抛运动！ 拱桥限速防脱轨！ 1.当汽车以越来越大的速度通过拱形桥的最高点时，会发生什么现象？ 压力怎么变？超重还是失重？ 2. F压＝0 时，汽车的速度为多大？ 25 9 [例2] 如图所示，桥面为圆弧形的立交桥AB，横跨在水平路面上，长L＝160 m，桥高h＝35 m，圆弧半径R＝90 m．可以认为桥的两端A、B与水平路面的连接处是平滑的，一辆质量m＝2.0 t的小轿车驶过桥面，重力加速度g＝10 m/s2，则： (1)轿车以v1＝10 m/s的速度通过桥面最高点时，对桥面的压力是多大？ (2)若轿车通过桥面顶点时，对桥面刚好没有压力，则速度v2是多大？ (3)若轿车以问题(2)中的速度v2通过桥面顶点，求轿车到达水平路面时速度的大小及其方向与水平方向夹角的余弦值． (1)1.78×104 N　(2)30 m/s　 (3)40 m/s　0.75 30 10 二、汽车过拱形桥 (2). 汽车过凹形桥 凹形桥 同学们自己分析汽车通过凹形桥最低点时汽车对桥的压力。 当汽车以越来越大的速度通过拱形桥的最高点时: 1. 压力怎么变？ 2. 超重还是失重？ 3. 速度过大可能会发生什么现象？ 凹桥限速防爆胎！ 32 11 二、汽车过拱形桥：总结 (1)关键： ①向心力来源 ②圆心位置 (2)速度越大， 失重、超重 越明显！ 最高点, 由牛顿第二定律： mg-FN= 得 FN = mg - 由牛顿第三定律： 压力 F压 = mg- 最低点, 由牛顿第二定律： FN - mg = 得 FN = mg + 由牛顿第三定律： 压力 F压 = mg + 失重！ 超重！ 32 12 思考与讨论 地球可以看作一个巨大的拱形桥（图 6.4-6），桥面的半径就是地球的半径 R（约为 6 400 km）。地面上有一辆汽车在行驶，所受重力 G ＝ mg，地面对它的支持力是 FN 。根据上面的分析，汽车速度越大，地面对它的支持力就越小。会不会出现这样的情况：速度大到一定程度时，地面对车的支持力是 0 ？这时驾驶员与座椅之间的压力是多少？驾驶员躯体各部分之间的压力是多少？他这时可能有什么感觉？ g＝10 m/s2 35 13 以绕地球做匀速圆周运动