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 1 一、火车转弯的临界速度的推导 我们先假设火车某次过倾角为θ的弯道时，火车与轨道之间没有挤压，求此时的速度v0： mg F合 θ h L 火车转弯时速度和轮缘与轨道之间的相互作用 由以上分析可以看到，根据弯道半径和规定的行驶速度，选择合适的内外轨的高度差h ,可以使火车转弯时所需向心力几乎完全由重力和支持力的合力提供 （3）如果火车行驶速度v<v0 （2）如果火车行驶速度v>v0 mg F合 θ F1 F2 轮缘受到外轨向内的挤压力, 外轨易损坏。 （1）如果火车行驶速度v=v0 轮缘不受侧向压力,最安全的转弯速度 轮缘受到内轨向外的挤压力, 内轨易损坏。 铁路弯道处超速是火车脱轨和翻车的主要原因 例1：火车转弯可近似看成是做匀速圆周运动。当火车以规定速度行驶时，内外轨道均不受侧向挤压。现要降低火车转弯时的规定速度，须对铁路进行改造，从理论上讲以下措施可行的是(　　) A．减小内外轨的高度差 B．增加内外轨的高度差 C．减小弯道半径 D．增大弯道半径 例2：铁路在弯道处的内外轨道高度是不同的，已知内外轨道平面与水平面的夹角为θ，如图所示，弯道处的圆弧半径为R，若质量为m的火车转弯时速度等于 ，则(　　) A．内轨对内侧车轮轮缘有挤压 B．外轨对外侧车轮轮缘有挤压 C．这时铁轨对火车的支持力等于 D．这时铁轨对火车的支持力大于 例3：公路急转弯处通常是交通事故多发地带.某公路急转弯处是一圆弧，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 二、汽车过拱形桥 质量为m的汽车在拱形桥上以速度v行驶，若桥面的圆弧半径为R，试画出受力分析图，分析汽车通过桥的最高点时对桥的压力． mg FN a 由牛顿第三定律得，汽车通过桥的最高点时对桥的压力： 汽车过凹形桥 下面自己分析汽车通过凹形桥最低点时，汽车对桥的压力比汽车的重力大些还是小些? mg FN a 由牛顿第三定律得，汽车通过桥的最高点时对桥的压力 例4：地球可以看成一个巨大的拱形桥，桥面半径R＝6400 km，地面上行驶的汽车中驾驶员的重力G＝800N，在汽车不离开地面的前提下，下列分析中正确的是(　　) A.汽车的速度越大，则汽车对地面的压力也越大 B.不论汽车的行驶速度如何，驾驶员对座椅压力大小都等于800N C.只要汽车行驶，驾驶员对座椅压力大小都小于他自身的重力 D.如果某时刻速度增大到使汽车对地面压力为零，则此时驾驶员会有超重的感觉 例5：质量m＝2.0×104 kg的汽车以不变的速率先后驶过凹形桥面和凸形桥面，两桥面的圆弧半径均为60 m，如果桥面能承受的压力不超过3.0×105 N，则：(g取10 m/s2) (1)汽车允许的最大速率是多少？ (2)若以所求速率行驶，汽车对桥面的最小压力是多少？ 三、航天器中的失重现象 1．航天器在近地轨道的运动 (1)对航天器，在近地轨道可认为地球的万有引力等于其重力，重力充当向心力，满足的关系为 (2)对航天员，由重力和座椅的支持力提供向心力，满足的关系为mg－FN＝ ，由以上两式可得FN＝0，航天员处于完全失重状态，对座椅压力为零． (3)航天器内的任何物体之间均没有压力． 例6：(多选)航天飞机在围绕地球做匀速圆周运动过程中，关于航天员，下列说法中正确的是(　　)A.航天员受到的重力消失了B.航天员仍受重力作用，重力提供其做匀速圆周运动的向心力C.航天员处于超重状态D.航天员对座椅的压力为零 例7：荡秋千是儿童喜爱的一项体育运动，(不计空气阻力)下列说法正确的是( ) A．小孩运动到最高点时，小孩的合力为零 B．小孩运动到最高点时处于失重状态 C．小孩运动到最低点时处于失重状态 D．小孩运动到最低点时，小孩的重力和绳子拉力提供圆周运动的向心力 质量为m的物体放在圆形桌面上，离圆心的距离为r，如果最大静摩擦力等于滑动摩擦力，求 mg FN f 当v>v0，合力不足以提供物体做圆周运动的向心力，物体将远离圆心，而 “飞出去”。 三、物体发生滑动的临界条件 例8：在冬奥会短道速滑项目中，运动员绕周长仅111米的短道竞赛.比赛过程中运动员在通过弯道时如果不能很好地控制速度，将发生侧滑而摔离正常比赛路线.圆弧虚线Ob代表弯道，即正常运动路线，Oa为运动员在O点时的速度方向(研究时可将运动员看做质点).下列论述正确的是(　　) A.发生侧滑是因为运动员受到的