第三节 生活中的圆周运动（教学课件）物理粤教版必修第二册

第三节 生活中的圆周运动 粤教版（2019）高中物理必修第二册 第二章 圆周运动 @HY 水平路面 倾斜路面 火车铁路 拱形路面 凹形路面 新课引入 绳杆模型 水平路面 倾斜路面 火车铁路 拱形路面 凹形路面 新课引入 一、公路弯道 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来提供 O 或者 绳杆模型 水平路面 倾斜路面 火车铁路 拱形路面 凹形路面 新课引入 转弯速度过大引起的思考： 当汽车转弯时,存在一个安全通过的最大速度,如果超过了这个速度,汽车将发生侧滑现象。 改进措施: (1)增大转弯半径 (2)增加路面的粗糙程度 (3)最重要的一点:司机应该减速慢行! (4)增加路面高度差——外高内低 绳杆模型 水平路面 倾斜路面 火车铁路 拱形路面 凹形路面 新课引入 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,重力和地面支持力的合力指向弯道内侧.设弯道倾角为若此时合力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 绳杆模型 题1 某高速公路弯道处设计为内侧低、外侧高的圆弧弯道，使路面与水平面有一倾角。当汽车在该弯道处沿侧向的摩擦力恰为零时，汽车转弯的速度为（　　） A. 　　　 B.安全速度与汽车的质量有关 C.= 　　　　　 D.安全速度与汽车的质量无关 AD 题2 公路急转弯处通常是交通事故多发地带。如图，某公路急转弯处是一段圆弧，当汽车行驶的速率为v0 时，汽车恰好没有向公路内外两侧滑动的趋势，则在该弯道处（　　） A.路面外侧高内侧低 B.车速只要低于v0，车辆便会向内侧滑动 C.车速虽然高于v0，但只要不超出某一最高限度，车辆便不会向外侧滑动 D.当路面结冰时，与未结冰时相比，v0的值变小 AC 水平路面 倾斜路面 火车铁路 拱形路面 凹形路面 新课引入 绳杆模型 水平路面 倾斜路面 火车铁路 拱形路面 凹形路面 新课引入 绳杆模型 [问题]：如果转弯处内外轨一样高，火车转弯需要的向心力由什么力来提供呢？ 火车转弯 N FN G 内轨 外轨 向心力由外侧轨道对车轮轮缘的弹力提供。 缺点：火车质量很大，轮缘和外轨间的相互作用力很大，铁轨容易损坏、变形，发生危险。 外轨对轮缘的弹力 水平路面 倾斜路面 火车铁路 拱形路面 凹形路面 新课引入 绳杆模型 在实际火车与轨道设计中，利用轮缘挤压只能增加小部分的向心力；垫高外轨可增加较多的向心力。 外 内 思考 水平路面 倾斜路面 火车铁路 拱形路面 凹形路面 新课引入 绳杆模型 外轨略高于内轨（倾斜轨道） 解决方案 向心力完全由重力G和支持力FN的合力提供 FN 均无挤压。 水平路面 倾斜路面 火车铁路 拱形路面 凹形路面 新课引入 绳杆模型 倾斜轨道转弯 ① 若 所需向心力 增大 ② 若 所需向心力 减小 外轨道对轮缘有侧压力 如果通过弯道时火车速度，火车的受力情况会有什么变化？ 内轨道对轮缘有侧压力 G FN θ F O F G FN θ F O F 水平路面 倾斜路面 火车铁路 拱形路面 凹形路面 新课引入 绳杆模型 例3、火车以半径R= 900 m转弯，火车质量为8×105kg ，速度为30m/s，火车轨距l=1.4 m，要使火车通过弯道时仅受重力与轨道的支持力，轨道应该垫的高度h？（θ较小时tanθ=sinθ） FN mg F θ h 由力的关系得： 由向心力公式得： 由几何关系得： 解： =0.14m 水平路面 倾斜路面 火车铁路 拱形路面 凹形路面 新课引入 汽车通过拱形路面的最高点时对路面的压力大小.选汽车为研究对象,如图所示,汽车在竖直方向上受到的重力G和支持力FN的合力就是竖直向下的向心力 即 根据 得 拱形路面对汽车的支持力 绳杆模型 [思考与讨论] 根据公式 ，试分析如果汽车的速度不断增大，压力大小会如何变化？当速度多大时，压力为零？ 可知：越大，越小 当v逐渐增大， ，此时FN = 0， 由 水平路面 倾斜路面 火车铁路 拱形路面 凹形路面 新课引入 绳杆模型 如果将地球看做一个巨大的拱形桥，桥面半径就是地球半径。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零从而脱离地球？（R=6400km) 思维拓展： 解：由圆周运动条件可得 水平路面 倾斜路面 火车铁路 拱形路面 凹形路面 新课引入 绳杆模型 题5. 我们常常在公园和古村落中见到拱形桥，如图甲所示。若一质量为m=1.2×103 kg 的汽车，以v=10 m/s