6.4 生活中的圆周运动 课件 -2023-2024学年高一下学期物理人教版（2019）必修第二册

第六章 圆周运动 第4节 生活中的圆周运动 一、火车过弯 二、圆周，离心。近心运动 三、汽车过拱桥 四、单摆模型 第4节 生活中的圆周运动 新课引入 结论：外高内低说明火车过弯需要斜着身子转弯。 思考：汽车转弯也需要外高内低斜着身子转弯吗？ 对转弯的汽车受力分析 O f=F向 mg FN f阻 v能任意大吗? 汽车转弯也需要外高内低斜着身子转弯吗？ F牵 f v2 r =m μmg= v02 r m v0= 火车能不能靠f来转弯? 思考1: 【典例1】火车以半径r=300m在水平轨道上转弯，火车质量为8×105kg，速度为30m/s。铁轨与轮之间的动摩擦因数μ=0.25。仅靠摩擦力能不被甩出去吗？ O mg FN f 解:对火车进行受力分析 得:f =2.4×106N “供需”不平衡，如何解决？ fm=μmg =1.96×106N v2 r f=m f=F向 f>fm 火车会被甩出铁轨 直接提出 fm G N FN 实际火车车轮与铁轨模型 FN+fm F向= 长期挤压铁轨，铁轨会变形 怎么办？ 实际铁轨：外轨略高于内轨 h F合 N mg =F向 F合=mgtanө ө ө N mg 【典例2】火车以半径r=900m转弯，速度为30m/s，火车质量为8×105kg ，要使火车通过弯道时仅受重力与轨道的支持力，g=10m/s2, 则θ需垫为多少？ 解： 得:tanθ= h F合 N mg ө ө F合=F向 matanθ= v2 r m v2 gr 1 10 = 改为m/s 第4节 生活中的圆周运动 一、火车过弯 1.方法: 垫高外轨 2.公式: tanθ= v2 gr 设计速度V= h F合 N mg ө ө ①若V实>V FN 外轨受挤压 ②若V实<V 内轨受挤压 FN “供需”平衡 物体做匀速圆周运动 提供物体做匀速圆周运动的力 物体做匀速圆周运动所需的力 向心力公式的理解 从“供” “需”两方面研究做圆周运动的物体 F合 = v2 r m F合 < v2 r m 物体远离圆心 F合 > v2 r m 物体靠近圆心 二、圆周,离心,近心运动 匀速圆周 离心运动 近心运动 F V F V F V V F F V V 注意：没有离心力 v2 r 1.F合=m v2 r 2.F合<m v2 r 3.F合>m 【典例3】（多选）在修筑铁路时，弯道处的外轨会略高于内轨。如图所示，当火车以规定的行驶速度转弯时，内、外轨均不会受到轮缘的挤压，设此时的速度大小为v，重力加速度为g，两轨所在面的倾角为θ，则（　　） A．该弯道的半径 B．当火车质量改变时，规定的行驶速度大小不变 C．当火车速率大于v时，内轨将受到轮缘的挤压 D．当火车速率小于v时，外轨将受到轮缘的挤压 AB 若公路垫高外侧使汽车侧着身子会带来什么？ 思考2: 结论：提高过弯速度 人骑摩托高速转弯要注意什么？ 思考3: 结论：侧着身子转弯 F合 N mg ө ө mg F Fn 飞机在高空飞行如何转弯？ 思考4: mg T Fn 共同点：在水平面内做圆周运动 有哪些圆周运动是在竖直平面内？ 三、汽车过拱桥 r mg FN mg-FN= 0 v2 r m F牵 F阻 mg- v2 r m FN= 1.汽车过拱桥， FN<mg 汽车处于失重状态 2.汽车速度越大，汽车对桥的压力越 小 FN=0 汽车处于完全失重状态 当v=时， V0 r 0 若汽车在最高点速度为,汽车做何种运动？ =√gr V0 离开桥面做平抛运动 mg 思考5: 思考6: 汽车速度达到多大可以不挤压地球这个大拱桥？ mg mg-FN= v2 r m = = =8×103m/s 此时司机处于完全失重状态。 可加入地球 3.当V≧ 时， 汽车离开桥顶点做平抛运动 r mg 0 >√gr V 三、汽车过拱桥 1.汽车过拱桥， FN<mg 汽车处于失重状态 2.汽车速度越大，汽车对桥的压力越 小 FN=0 汽车处于完全失重状态 当v=时， 比较在两种不同桥面，桥面受力的情况，设车质量为m，桥面半径为r，此时速度为v。 G FN G FN/ 失重 超重 a a 最高点 最低点 【典例4】汽车在过凹凸路面时，都会做减速操作，如图A、B分别是一段凹凸路面的最高点和最低点，若把汽车视作质点，则下列说法正确的是（　） A．汽车行驶到A点时，处于超重状态，如果采取加速操作会使车胎受到更大的压力 B．汽车行驶到B点时，处于超重状态，如果采取加速操作会使汽车飞离路面 C．汽车行驶到A点时，处于失重状态，如果采取减速操作会增加车胎与路面间的弹力，使得行驶更加稳定安全 D