第二章 第三节　生活中的圆周运动　第4节　离心现象及其应用-【金版新学案】2023-2024学年新教材高一物理必修第二册同步课堂高效讲义配套课件（粤教版）

第三节　生活中的圆周运动　 第四节　离心现象及其应用 　　　　 第二章　圆周运动 物理观念 了解离心现象，知道物体做离心运动的条件和离心运动的应用及危害。 科学思维 会分析汽车转弯、火车转弯、汽车过拱形与凹形路面等实际圆周运动问题。 科学态度 与责任 体会圆周运动知识在生产和生活中的应用。 学习目标 核心素养目标 知识点二　拱形与凹形路面 知识点一　车辆转弯 知识点三　离心现象及其应用 课时精练 随堂演练 内 容 索 引 知识点一　车辆转弯 索引 如图所示，火车在铁轨上转弯可以看成是匀速圆周运动。 (1)火车以规定的速度转弯时，什么力提供向心力？ 提示：以规定的速度转弯时，重力和支持力的合力提供向心力。 (2)火车转弯时速度过大或过小，会对哪侧轨道有侧压力？ 提示：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。 情境导学 1．公路弯道 (1)在水平路面上转弯 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，如图甲所示，根据向心力的公式，有F＝f＝ ___，解得汽车转弯时的速度大小v＝ ____。 基础梳理 (2)在倾斜路面上转弯 如图乙所示，汽车在内低外高的倾斜路面上转弯时，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。F＝________＝m ，解得汽车转弯时的速度大小v＝ ________。 mgtan θ 2．铁路弯道 (1)火车车轮的结构特点 火车的车轮有突出的轮缘，且火车在轨道上运行时，有突出轮缘的一边在轨道的内侧，轮缘在铁轨上可以起到限定方向的作用。 (2)火车转弯时向心力的来源分析 ①若转弯时内外轨一样高，则由______对轮缘的弹力提供向心力，这样铁轨和车轮极易受损。 ②若内外轨有高度差，依据规定的行驶速度行驶，转弯时向心力几乎完全由______和________的合力提供。 外轨 重力 支持力 1．火车弯道的半径很大，故火车转弯需要的向心力很小。 (　　) 2．火车转弯时的向心力一定是重力与铁轨支持力的合力提供的。 (　　) 3．汽车在弯道处只有摩擦力提供向心力。 (　　) 判断正误 × × × 1．公路弯道 (1)汽车在水平公路上转弯 如果弯道半径一定，防止汽车转弯时车轮打滑的安全行驶速度和车轮与路面间的最大静摩擦力fmax有关。雨天路滑时，车轮与路面间的最大静摩擦力fmax减小，汽车要在同一弯道安全转弯，其行驶速度也需随之减小，否则汽车会有向弯道外侧打滑的风险，容易引发交通事故。 核心归纳 (2)汽车在倾斜公路上转弯 如图所示，汽车在外高内低、倾角为θ的倾斜路面弯道处以速度v行驶。重力和地面支持力的合力指向弯道内侧。若汽车在转弯的某一时刻，车轮沿斜坡方向所受的静摩擦力为零，合力恰好提供汽车转弯所需向心力。 2．铁路弯道 如图所示，铁路弯道处，外轨高于内轨，若火车按规定的速度v0行驶， 转弯所需的向心力完全由重力和支持力的合力提供，即mgtan θ＝m ， 则v0＝ ，其中R为弯道半径，θ为轨道平面与水平面间的夹角。 (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支持力的合力提供，此时内外轨道对火车无挤压作用。 (2)当火车行驶速度v>v0时，外轨道对轮缘有侧压力。 (3)当火车行驶速度v<v0时，内轨道对轮缘有侧压力。 考向一　汽车转弯 (2022·山西太原高一联考)如图甲所示，在公路转弯处，常采用外高内低的斜面式弯道，这样可以使车辆经过弯道时不必大幅减速，从而提高通行能力且节约燃料。若某处有这样的弯道，其半径为r＝100 m，路面倾角为θ，其横截面如图乙所示，且tan θ＝0．4，取g＝10 m/s2。 (1)求汽车的最佳通过速度，即不出现侧向摩擦力时的速度大小； 答案：20 m/s 例1 车辆以最佳速度通过弯道时，由重力和路面的支持力的合力提供向心 力，根据牛顿第二定律得mgtan θ＝m ，解得v＝ ＝20 m/s。 (2)若弯道处侧向动摩擦因数μ＝0．5，且最大静摩擦力等于滑动摩擦力，求汽车的最大速度。 答案：15 m/s 当汽车以最大速度转弯时，最大静摩擦力沿斜面向下，根据牛顿第二定律可知，车在竖直方向受力平衡，有FNcos θ＝mg＋fmsin θ，车在水平方 向，有FNsin θ＋fmcos θ＝m ，又fm＝μFN，联立解得vm＝15 m/s。 考向二　火车转弯 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大小； 答案：1×