第3节 离心现象（教学课件）物理鲁科版必修第二册

圆周运动 第3章 鲁科2019 高中物理必修二 第三节 离心现象 高速公路转弯处的路面设计成外高内低 铁路转弯处的钢轨设计成外高内低 目 录 02 竖直平面内的圆周运动分析 03 生活中的离心运动 01 车辆转弯时所需的向心力 车辆转弯时的向心力 >>> 1 O mg N f 汽车在水平路面上转弯 转弯时有向外侧滑的趋势，地面会对汽车产生指向内侧的静摩擦力。 汽车水平面转弯时的向心力： 汽车侧向所受的静摩擦力 当车转弯的半径r一定时,速度v越大,所需的向心力也越大,静摩擦力也越大。 O mg N f 汽车在水平路面上转弯 分析 即：所需向心力≤最大静摩擦力，车转弯时做匀速圆周运动。 若： 即：与地面的最大静摩擦力，不足于提供车转弯时时做匀速圆周运动，车侧滑。 若： 1、水平公路上行驶的汽车，质量为m，转弯半径为50m，车轮与路面间的最大静摩擦力为0.8mg，则转弯时汽车允许的最大行驶速度？（g取10m/s2) 由： 得： 为了给汽车提供转弯时所需的向心力，高速公路的弯道通常都设计成外高内低。 汽车在水平路面上转弯 2、质量为m的汽车在路基宽为L，外侧比内侧高h的路面转弯时，转弯半径为r，要使车轮与路面的横向摩擦力为0，则车速应多大？ L h r 火车在轨道上转弯 铁路转弯处的钢轨设计成外高内低，火车转弯时，依靠重力与支持力的合力获得向心力。 在转弯处外轨略高于内轨 θ FN G O F合 θ 火车在轨道上转弯 火车通过弯道时必须限速，限定速度的大小取决于弯道半径和倾角。 2、若 1、若： G N θ 轮缘受到外轨向内的挤压力，外轨易损坏。 G N θ F F 轮缘受到内轨向外的挤压力，内轨易损坏。 火车在轨道上转弯 火车通过弯道时必须限速，限定速度的大小取决于弯道半径和倾角。 离心 近心 13 13 Administrator (A) - 3、火车以半径R= 900 m转弯，火车质量为m=8×105kg ，速度为v=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） N mg F θ h 解： 依题意得，重力与支持力的合力为向心力。 又 解得： 飞机飞行时转弯 飞机转弯时所需的向心力由重力和空气对它的作用力的合力提供。 F G F向 竖直平面内的圆周运动 >>> 2 经过凸形路面和凹形路面时汽车不宜高速行驶。 竖直平面内的圆周运动 小车过凹凸桥实验 让小车分别经过凹面、水平面、凸面，观察台称的读数变化。 现象： 小车经过凹面、水平面、凸面时，台称的读数： 结论： 小车经过凹面时出现超重现象；小车经过凸面时出现失重现象。 1.求汽车以速度v过半径为r 的拱桥最高点时对拱桥的压力？ 解: G和N的合力提供汽车做圆周运动的向心力,由牛顿第二定律得： 可见汽车的速度越大对桥的压力越小。 当 时汽车对桥的压力为零。（临界速度） N G 汽车脱离桥面，做平抛运动。 m N＜G，失重状态 N N 竖直平面内的圆周运动 Administrator (A) - 2.求汽车过凹形路段最低点时对路面的压力？ N G 解: G和N的合力提供汽车做圆周运动的向心力， 由牛顿第二定律得： m N>G,超重状态 竖直平面内的圆周运动 可见汽车的速度越大对路面的压力越大。车胎承受压力也越大。 过凹形路面，车速过快易爆胎。 竖直平面内的圆周运动 竖直平面内的圆周运动 过山车为什么在圆周最高点也不会掉下来? 竖直平面内的圆周运动 N mg v 最高点时： 若N=0： r 恰好过最高点 若 ： N>0,车对轨道挤压。 若 ： N<0,车近心运动。 内轨与绳模型 如图所示，一人在进行杂技表演，表演者手到碗的距离为l，且手与碗在同一竖直平面内，绳子能够承受的最大拉力是碗和碗内水重力的 8 倍。已知重力加速度为 g，要使绳子不断，表演获得成功，求： （1）碗通过最高点时速度的最小值； （2）碗通过最低点时速度的最大值。 竖直平面内的圆周运动 杆与双轨模型 v 体现为拉力时： 体现为支持力时： T mg N 恰好无作用时： 当 N=mg 时，v=0， 即：到达最高点时，速度可为0 生活中的离心运动 >>> 3 离心运动 O mg N f 速度过大时： 车侧向甩出 顺利转弯： 离心运动 人造“墨水旋风” 离心运动 用光滑的白色厚纸做成圆板，将铁钉插在圆板中心，做成陀螺。然后，在圆板上滴几滴墨水。在墨水未干之前，轻轻旋转陀螺。 现象： 当陀螺停止旋转时，墨水痕