第六章 第4节 生活中的圆周运动-【正禾一本通】2023-2024学年新教材高一物理必修2同步课堂高效讲义配套课件(人教版）

物理 必修第二册（人教） 第六章 圆周运动 第四节 生活中的圆周运动 圆周运动 向心 　 弹力 重力G 支持力FN C C B 地球引力 支持力 mg－FN CD A 切线 远离 消失 不足以 速度 C C D A A 【课标要求】　1.能用牛顿第二定律分析匀速圆周运动的向心力。 2．了解生产生活中的离心现象及其产生的原因。 知识点一 | 火车转弯 教材新知梳理 一、火车转弯 1．火车在弯道上的运动特点 火车在弯道上运动时实际上在做________，因而具有____加速度，由于其质量巨大，需要很大的向心力。 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，火车转弯时，外侧车轮的轮缘挤压外轨，火车的向心力主要由外轨对车轮轮缘的____提供(如图所示)，由于火车的质量很大，转弯所需的向心力很大，铁轨和车轮极易受损。 (2)若转弯时外轨略高于内轨，根据转弯处轨道的半径和规定的行驶速度，适当调整内外轨的高度差，使转弯时所需的向心力几乎完全由______和__________的合力提供，从而减轻外轨与轮缘的挤压，如图所示。 关键核心突破 [任务驱动] 火车的车轮有突出的轮缘，如图所示。火车在轨道上运行时，有突出轮缘的一边在两轨道内侧。 探究：(1)如果铁路弯道内外轨一样高，火车经过时车轮轮缘会对哪一侧造成挤压？ (2)转弯处，内、外轨哪一条轨道应设计得高一些？ (3)火车在转弯处做圆周运动，是做沿倾斜平面的圆周运动吗？ 提示：(1)外侧。 (2)外轨。 (3)不是，是水平面内的圆周运动。 [要点培优] 1．圆周平面的特点 弯道处外轨高于内轨，但火车在行驶过程中，重心高度不变，即火车的重心轨迹在同一水平面内，火车的向心加速度和向心力均沿水平面指向圆心。 2．向心力的来源分析 火车受重力和支持力作用，火车速度合适时，火车转弯所需的向心力几乎完全由重力和支持力的合力提供，合力沿水平方向，大小为F＝mg tan θ。 3．规定速度分析 若火车转弯时只受重力和支持力作用，不受轨道压力，则mg tan θ＝m eq \f(v02,R) ，可得v0＝ eq \r(gR tan θ) 。(R为弯道半径，θ为轨道所在平面与水平面的夹角，v0为转弯处的规定速度) 4．轨道压力分析 (1)当火车行驶速度v等于规定速度v0时，所需向心力由重力和弹力的合力提供，此时火车对内、外轨道无挤压作用。 (2)当火车行驶速度v与规定速度v0不相等时，火车所需向心力不再仅由重力和弹力的合力提供，此时内、外轨道对火车轮缘有挤压作用，具体情况如下： ①当火车行驶速度v>v0时，外轨道对轮缘有侧压力。 ②当火车行驶速度v<v0时，内轨道对轮缘有侧压力。 题组应用培优 [例1] (2023·江苏南京期末)如图甲所示，火车要进入某半径为R的弯道，火车在轨道上的截面图如图乙所示。已知两轨间宽度为L，弯道内外轨高度差为h，重力加速度为g。若火车转弯时轮缘与铁轨间恰好无作用，则此时火车的速度为(　　 ) A． eq \f(gRh,\r(L2－h2)) B． eq \f(gR\r(L2－h2),h) C． eq \r(\f(gRh,\r(L2－h2))) D． eq \r(\f(gR\r(L2－h2),h)) 解析：当火车以速度v运行时，其受力示意图如图所示， 火车向心加速度水平向右，当火车与轨道沿斜面没有横向摩擦力时，速度最为适宜，根据牛顿第二定律得mg tan θ＝m eq \f(v2,R) ，斜面的倾角正切值满足tan θ＝ eq \f(h,\r(L2－h2)) ，解得v＝ eq \r(\f(gRh,\r(L2－h2))) ，故C正确。 [训练] 1.摆式列车是集电脑、自动控制等高新技术于一体的新型高速列车，如图所示。当列车转弯时，在电脑控制下，车厢会自动倾斜；行驶在直轨上时，车厢又恢复原状，就像玩具“不倒翁”一样。假设有一摆式列车在水平面内行驶，以360 km/h的速度转弯，转弯半径为1 km，则质量为50 kg的乘客，在转弯过程中所受到的列车对他的作用力为(g取10 m/s2)(　　) A．500 N B．1 000 N C．500 eq \r(2) N D．0 解析：在列车转弯时，乘客与列车一起做圆周运动，则向心力F＝m eq \f(v2,r) ，解得F＝500 N，对乘客受力分析，乘客在转弯过程中所受的列车给他的作用力为F′＝ eq \r(F2＋（mg）2) ，解得F′＝500 eq \r(2) N，故A、B、D错误，C正确。 知识点二 | 汽车过拱形桥 教材新知梳理 如图所示，汽车在桥上运动，经过最高点时，汽车的重力与桥对汽车支持力的合力提供向心力