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

第三节 生活中的匀速圆周运动 第二章 圆周运动 【引入新课】 1.物体做圆周运动的向心力： 2.物体做圆周运动的向心加速度： F v O 一、公路弯道 1.水平路面 (1)理论分析：汽车转弯(做圆周运动)的向心力由车轮与路面间的静摩擦力来提供，认为最大静摩擦力等于滑动摩擦力，基于安全考虑，有＿＿＿＿＿＿，得汽车转弯时的速度＿＿＿＿＿。 【说明】汽车转弯时＿＿＿＿允许的的最大速度。 (2)改进措施： ①增大转弯＿＿； ②增加路面的＿＿＿＿； ③最重要的一点是司机应该＿＿＿＿! ④增加路面高度差——＿＿＿＿。 不能超过 半径 粗糙程度 减速慢行 外高内低 一、公路弯道 2.倾斜路面 (1)理论分析：汽车在外高内低、倾角 为θ的倾斜路面弯道处以速度v行驶，车轮 沿斜坡方向所受的静摩擦力为0，重力mg 和地面支持力FN 的合力F提供为向心力， 有 ＿＿＿＿＿＿＿，得汽车转弯时的速度＿＿＿＿＿＿＿。 (2)实际情况：当汽车在外高内低的弯道处转弯时，车速大小不等于＿＿＿＿＿车轮与斜坡会产生侧向摩擦力f，此时的向心力由mg、 FN 、f的合力提供。 二、铁路弯道 1.火车车轮与铁轨的构造：车轮有突出的轮缘，轮缘在铁轨上可以起到＿＿＿＿的作用。 限定方向 二、铁路弯道 2.内外轨道一样高： 车轮受到重力mg、 地面的支持力FN、外轨对轮缘的弹力F弹， F弹提供为向心力，有＿＿＿＿＿。 【说明】火车质量很大，轮缘和外轨间 的相互作用力很大，铁轨容易损坏、变形， 发生危险。 二、铁路弯道 3.外轨高内轨低：火车以速度v0转弯， 重力mg和支持力FN的合力提供向心力， 有＿＿＿＿＿＿＿＿，得＿＿＿＿＿＿。 【说明】火车的实际速度为v ①当v＝v0时，轮缘对内、外轨均无侧向压力； ②当v＞v0时，外轨对轮缘有向里的侧压力； ③当v＜v0时，内轨对轮缘有向外的侧压力。 θ θ 三、拱形与凹形路面 1.拱形路面：汽车通过拱形路面的最高点时， G和FN的合力提供为向心力，有＿＿＿＿＿＿＿，则＿＿＿＿＿＿＿，汽车处于＿重状态。 【说明】汽车速度v越大，对桥面的压力F′N越＿； ①当 时，FN＝＿，汽车处于 ＿＿＿＿状态； ②当 时，汽车做＿＿运动。 失 小 0 完全失重 平抛 三、拱形与凹形路面 2.凹形路面：汽车通过拱形路面的最低点时， G和FN的合力提供为向心力，有＿＿＿＿＿＿＿，则＿＿＿＿＿＿，汽车处于＿重状态。 【说明】汽车速度v越大，对桥面 的压力F′N越＿。因此，汽车经过 凹形路面时不宜＿＿＿＿，否则容易发生爆胎意外。 超 大 高速行驶 四、竖直平面内的圆周运动 1.轻绳模型：细绳系的小球或在轨道内侧的小球做圆周运动。 (1)临界状态：小球在最高点时，绳子拉力(或压力)为零，小球只受重力，重力充当向心力，由＿＿＿＿＿＿，得小球线速度＿＿＿＿＿。 四、竖直平面内的圆周运动 1.轻绳模型：细绳系的小球或在轨道内侧的小球做圆周运动。 (2)三种情况： ①当v＿＿时，mg＿＿，即重力恰好等于向心力，小球所受的拉力(或压力)为零，小球恰好能通过最高点； ②当v＿＿时，mg＿＿，即重力大于小球所需要的向心力，小球脱离圆轨道，不能到达最高点； ③当v＿＿时，mg＿＿，即重力小于小球所需要的向心力，小球还要受到绳子向下的拉力(或轨道向下的压力)，小球能通过最高点。 ＝ ＝ ＜ ＞ ＞ ＜ 四、竖直平面内的圆周运动 2.轻杆模型：在轻杆上固定的小球或在管形轨道内的小球做圆周运动。 (1)临界状态：小球在最高点时，轻杆弹力或轨道压力为零，小球只受重力，重力充当向心力，由＿＿＿＿＿，得小球线速度＿＿＿＿。 四、竖直平面内的圆周运动 2.轻杆模型：在轻杆上固定的小球或在管形轨道内的小球做圆周运动。 (2)三种情况：小球通过最高点 ①当v＿＿时，mg＿＿，即重力恰好等于向心力，轻杆(或圆管)与小球间无作用力； ②当v＿＿时，mg＿＿，即重力大于小球所需要的向心力，小球受到向上的支持力F，有＿＿＿＿＿＿＿； ③当v＿＿时，mg＿＿，即重力小于小球所需要的向心力，小球还要受到向下的拉力(或压力)F，有＿＿＿＿＿＿。 ＝ ＝ ＜ ＞ ＞ ＜ 【课堂练习】 1. 如图是一个学员驾着教练车在水平路面上匀速转弯时的情形，不考虑空气阻力，则下列说法中正确的是(　 　) A.教练车所受地面的摩擦力与小车前进的方向相反 B.教练车所受地面的摩擦力与小车前进的方向相同 C.教练车所受地面的摩擦力指向弯道内侧且偏向小车前进的方向 D.教练车所受地面的摩擦力垂直小车前进的方向且指向弯道内侧 C 【课堂练习】 2.如图所示的四幅图表示的是有关圆周运动的基本模型，下列说法正确的是(　 　) A.如图a，汽车通过拱桥的最高点时重力提供向心力 B.图b所示是一圆锥摆，合力沿绳指向悬点 C.如图c,小球在光滑而固定的圆锥筒内做匀速圆周运动,合力指向圆心 D.如图d，火车转弯超过规定速度行驶时，内轨对内轮缘会有挤压作用 C 【课堂练习】 3.质量为m的小球在竖直平面内的圆形轨道内侧运动，若经最高点不脱离轨道的临界速度为v，则当小球以2v速度经过最高点时，小球对轨道的压力大小为(　 　) A. 0 B. mg C. 3mg D. 5mg 4.某高速公路弯道处设计为内侧低外侧高的圆弧弯道，使路面与水平面有一倾角α，弯道半径为R。当汽车在该弯道处沿侧向的摩擦力恰为零时，汽车转弯的速度v为(　 　) A. B. C. D. 安全速度与汽车的质量有关 C A 【课堂练习】 5. 长度为0.5m的轻质细杆，A端有一质量为3kg的小球，以O点为圆心，在竖直平面内做圆周运动，如图所示，小球通过最高点时的速度为2m/s， 取g=10m/s2，则此时轻杆OA将(　 　) A.受到 6.0N 的拉力 B.受到 6.0N 的压力 C.受到 24N 的拉力 D.受到 54N 的拉力 A B 【课堂练习】 6. 如图所示，质量为0.5kg的小杯里盛有1kg的水，用绳子系住小杯在竖直平面内做“水流星”表演，转动半径为1m，小杯通过最高点的速度为4m/s，g取10m/s2，求： (1)在最高点时，绳的拉力； (2)在最高点时水对小杯底的压力； (3)为使“水流星”能完成竖直平面内的圆周运动，在最高点时最小速率是多少？ 【课堂练习】 解：(1)以小杯m和水M为研究对象，根据牛顿第二定律，有 解得绳子的拉力 T＝9N，方向竖直向下 (2)在最高点时，以水为研究对象，有 ，解得FN＝6 N 根据牛顿第三定律，水对小杯底的压力为6N，方向竖直向上。 (3)绳子拉力为0时，通过最高点速率最小，有 ，解得最小速率 vmin＝10m/s。 $$