6.4生活中的圆周运动 课件 -2024-2025学年高一下学期物理人教版（2019）必修第二册

第4节 生活中的圆周运动 第六章 圆周运动 高中物理人教版（2019）必修第二册 为什么超速的火车会在拐弯处脱轨？ 一、火车转弯 火车在水平轨道上转弯（内外轨高度相同） N F G 根据牛顿第二定律 F= m R v2 可知，由于火车的质量和速度都很大，需要的向心力必然很大，故轮缘和不仅轮缘与外轨很容易磨损，还因长期的挤压造成铁轨松动，以致火车侧翻。 向心力由外轨对轮缘的弹力提供 思考：火车需要的向心力应该沿什么方向？向心力由什么力提供？ 火车在倾斜轨道上转弯（外轨略高于内轨） 外 内 N r G N F合 θ θ 轨道对轮缘无挤压，此时火车的速度为多大？ h L F合=Fn 临界速度： 当θ很小时，可近似的认为 tanθ≈sinθ=h/L 5 5 当 v＜v0 ： 当 v＞v0 ： 轮缘受到外轨向内的弹力 G N θ G N θ F F 轮缘受到内轨向外的弹力 思考与讨论 6 6 赛车比赛的赛道和场地自行车比赛的赛道，路面往往有一定的倾斜度，说说这样设计的原因 汽车在水平地面上转弯是什么力提供向心力的呢? O mg FN Ff 二、汽车转弯 汽车转弯 汽车侧向所受的静摩擦力提供向心力 O mg FN Ff 高速路和赛道转弯处修成外高内低 N G F合 G F F合 飞机转弯 二、拱形桥 拱形桥 （凸形桥） 凹形桥 水平桥 问题1：汽车静止在桥上与通过平桥时，受力怎样？ FN＝mg 问题2：汽车过拱形桥时，在最高点时，车对凸桥的压力又怎样？ mg FN v2 R mg－FN＝m v2 R FN ＝mg－m v2 R F压＝FN ＝mg－m 汽车对桥的压力小于其所受重力，即处于失重状态 FN ＜mg 高中物理 必修第二册 第六章 圆周运动 v2 R mg＝m FN＝0 时，汽车的速度为多大？ v2 R FN ＝mg－m 问题3：汽车过拱形桥时，运动速度变大，车对凸桥的压力如何变化？ mg FN 临界速度 当 FN = 0 时，汽车脱离桥面，做平抛运动，汽车及其中的物体处于完全失重状态。 问题4：汽车过凹形桥时，在最低点时，车对凹形桥的压力又怎样？ FN mg v2 R FN ＝mg + m v2 R F压＝FN ＝mg + m v2 R FN－mg＝m 汽车对桥的压力大于其所受重力，即处于超重状态 若汽车通过凹桥的速度增大，会出现什么情况？ FN ＞mg 高中物理 必修第二册 第六章 圆周运动 比较三种桥面受力的情况 FN = G G FN G G FN FN 19 黄石长江大桥 赵州桥 上海长江隧桥 高中物理 必修第二册 第六章 圆周运动 20 漫水桥 典例分析 c 典例分析 题2［全国Ⅱ卷］ ［多选］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 典例分析 解析：由题意可知，最大静摩擦力为重力的k倍，所以最大静摩擦力等于kmg，设运动员的安全速度最大为v，则kmg=，解得v=。 B 典例分析 题4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） θ h 【解析】 由力的关系得： 由向心力公式得： 由几何关系得： =0.14m F FN mg 题5一辆卡车在丘陵地匀速行驶，地形如图所示，由于轮胎太旧，途中爆胎，爆胎可能性最大的地段应是( ) A. a处  B. b处   C. c处    D. d处 a b c d D 可能飞离路面的地段应是？ 典例分析 A、C 典例分析 题6一辆质量 m =2 t 的轿车，驶过半径 R = 100 m 的一段凸形桥面，g 取 10 m/s2，求: (1) 轿车以 10 m/s 的速度通过桥面最高点时，对桥面的压力是多大? (2) 在最高点对桥面的压力等于轿车重力的一半时，车的速度大小是多少? 【解析】 (1)最高点时，受力分析如图所示： 由牛顿第二定律得 得 FN=1.8×104N 根据牛顿第三定律，轿车在桥的顶点时对桥面压力的大小为1.8×104N． (2)Fn′＝mg－FN＝0.5mg 由 得 v′= m/s. 【解析】　当内外轨道不受侧向挤压时，列车受到的重力和轨道支持力的合力充当向心力，故Fn=mgtan θ=m ，解得v=。 题1已知某处弯道铁轨是一段圆弧，转弯半径为R，重力加速度为g，列车转弯过程中倾角（车厢底面与水平面夹角）为θ，则列车在这样的轨道上转弯行驶的安全速度（轨道不受侧向挤压）为（　　） A. B. C. D. 题3［2019·山东师大附中高一期末］冰面对溜冰运动员的最大静摩擦力为运动员重力的k倍，在水平冰面上沿半径为R的圆周滑行的运动员，其安全速度的最大值是（　　） A. B. C. D. $$