2020高中物理 第五章 曲线运动 第7节 生活中的圆周运动课件 新人教版必修2

第五章,曲线运动,第七节生活中的圆周运动,素养目标定位,素养思维脉络,课前预习反馈,1火车在弯道上的运动特点火车在弯道上运动时做_运动，因而具有_加速度，由于其质量巨大，需要很大的_。2向心力来源(1)如果转弯处内外轨一样高，则由_提供向心力，这样铁轨和车轮极易受损。(2)实际上，铁路的转弯处外轨略高于内轨，铁轨对火车的支持力不是竖直向上的，而是斜向弯道的_，铁轨对火车的_与火车所受_的合力指向_，它提供了火车做圆周运动的向心力。,知识点1,铁路的弯道,圆周,向心,向心力,外轨对轮缘的弹力,内侧,支持力,重力,轨道的圆心,1运动特点汽车过拱形桥时做_，因而具有_加速度，需要向心力。2向心力来源汽车过拱形桥运动至最高(低)点时，_和_的合力提供汽车需要的向心力。,知识点2,拱形桥,圆周运动,向心,重力,支持力,3动力学关系(1)凸形桥汽车过凸形拱桥的最高点时，汽车受到的重力与桥对汽车支持力的合力f_提供向心力；如图所示所以汽车过凸形拱桥时fn_汽车对桥的压力fn_汽车的重量g。,gfn,小于,(2)凹形桥汽车过凹形桥的最低点时，仍然是桥对汽车的支持力和重力的合力f_提供向心力，如图所示。过凹形桥时，fn_汽车对桥的压力fn_汽车的重量g。,fng,大于,知识点3,航天器中的失重现象,2支持力分析fn_。3讨论当v_时，座舱对宇航员的支持力fn0，宇航员处于_状态。,mgfn,完全失重,1定义：物体沿切线飞出或做逐渐_的运动。2原因：向心力突然消失或合外力不足以提供所需的_。3应用：洗衣机的_，制作_、水泥管道、水泥电线杆等。,知识点4,离心运动,远离圆心,向心力,脱水筒,无缝钢筒,判一判(1)铁路的弯道处，内轨高于外轨。()(2)汽车行驶至凸形桥顶部时，对桥面的压力等于车重。()(3)汽车行驶至凹形桥底部时，对桥面的压力大于车重。()(4)绕地球做匀速圆周运动的航天器中的宇航员处于完全失重状态，故不再具有重力。()(5)航天器中处于完全失重状态的物体所受合力为零。()(6)做离心运动的物体可以沿半径方向运动。(),辨析思考,选一选通过阅读课本，几个同学对生活中的圆周运动的认识进行交流。甲说：“洗衣机甩干衣服的道理就是利用了水在高速旋转时会做离心运动。”乙说：“火车转弯时，若行驶速度超过规定速度，则内轨与车轮会发生挤压。”丙说：“汽车过凸形桥时要减速行驶，而过凹形桥时可以较大速度行驶。”丁说，“我在游乐园里玩的吊椅转得越快，就会离转轴越远，这也是利用了离心现象。”你认为正确的是()a甲和乙b乙和丙c丙和丁d甲和丁,d,解析：甲和丁所述的情况都是利用了离心现象，d正确；乙所述的情况，外轨会受到挤压，汽车无论是过凸形桥还是凹形桥都要减速行驶，a、b、c选项均错。,答案：会零零感到全身都飘起来了,课内互动探究,探究一火车转弯问题,火车在铁轨上转弯可以看作是做匀速圆周运动，火车速度提高易使外轨受损。如何解决火车高速转弯时使外轨受损这一难题呢？提示：火车速度提高，容易挤压外轨，损坏外轨。火车转弯时的向心力由重力和支持力的合力提供，可适当增大转弯半径或者增加内、外轨的高度差。,1,1火车车轮的特点火车的车轮有凸出的轮缘，火车在铁轨上运行时，车轮与铁轨有水平与竖直两个接触面，这种结构特点，主要是避免火车运行时脱轨，如图所示。,2火车弯道的特点弯道处外轨高于内轨，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。,3火车转弯的向心力来源火车速度合适时，火车只受重力和支持力作用，火车转弯时所需的向心力完全由支持力和重力的合力来提供。如图所示。,4轨道轮缘压力与火车速度的关系(1)当火车行驶速率v等于规定速度v0时，内、外轨道对轮缘都没有侧压力。(2)当火车行驶速度v大于规定速度v0时，火车有离心运动趋势，故外轨道对轮缘有侧压力。(3)当火车行驶速度v小于规定速度v0时，火车有向心运动趋势，故内轨道对轮缘有侧压力。特别提醒：汽车、摩托车赛道拐弯处，高速公路转弯处设计成外高内低，也是尽量使车受到的重力和支持力的合力提供向心力，以减小车轮与路面之间的横向摩擦力。,铁路转弯处的圆弧半径是300m，轨距是1.435m，规定火车通过这里的速度是72km/h，内外轨的高度差应该是多大，才能使铁轨不受轮缘的挤压？保持内外轨的这个高度差，如果车的速度大于或小于72km/h，会分别发生什么现象？说明理由。,典例1,解析：火车在转弯时所需的向心力在“临界”状况时由火车所受的重力和轨道对火车的支持力的合力提供。如图所示，图中h为内外轨高度差，l为轨距。,讨论：(1)如果车速v72km/h(20m/s)，f将小于需要的向心力，所差的力仍需由外轨对轮缘的弹力来弥补。这样就出现外侧车轮的轮缘向外挤压外轨的现象。(2)如果车速v72km/h，f将大于需要的向心力。超出的力则由内轨对内侧车轮缘的压力来平衡，这样就出现了内侧车轮的轮缘向外挤压内轨的现象。点评：临界值是圆周运动中经常考查的一个重点内容，它是物体在做圆周运动过程中，发生质变的数值或使物体受力情况发生变化的关键数值，今后要注意对临界值的判断和应用。,对点训练1(多选)铁道转弯处内、外铁轨间设计有高度差，可以使火车顺利转弯，下列说法中正确的是()a主要是为了减少车轮与铁轨间的摩擦b主要是为了减少轮缘与铁轨间的挤压c内轨应略高于外轨d重力和支持力的合力为火车转弯提供了向心力解析：铁道转弯处，轨道设计成外轨高于内轨，目的是让重力和弹力的合力提供向心力，避免轨道对车轮产生侧向挤压力，以保护内轨和外轨。故a、c错，b、d对。,bd,探究二汽车过桥问题,如图所示，在某次军事演习中，一辆战车以恒定的速度在起伏不平的路面上行进，战车在哪一点对路面的压力最大？在哪一点对路面的压力最小呢？提示：战车在b点时对路面的压力最大，在a点时对路面压力最小。,2,关于汽车过桥问题，用图表概括如下：,如图所示，质量m2.0104kg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60m，如果桥面承受的压力不得超过3.0105n则：(1)汽车允许的最大速率是多少？(2)若以所求速度行驶，汽车对桥面的最小压力是多少？(g取10m/s2),典例2,解题指导：在汽车经过拱形桥或类似的物体经过竖直曲线做圆周运动的问题中，一般在轨道的最低点和最高点分析受力列方程，无论该类题目的具体内容如何，通过分析受力，找出提供的向心力列方程求解是最基本的方法。解析：汽车在拱桥上运动时，对凹形桥的压力大于其重力，而对凸形桥则压力小于重力。由此可知，对凹形桥则存在一个允许最大速率，对凸形桥则有最小压力。可根据圆周运动知识，在最低点和最高点列方程求解。汽车驶至凹面的底部时，合力向上，此时车对桥面压力最大；汽车驶至凸面的顶部时，合力向下，此时车对桥面的压力最小。,对点训练2(2019广东省佛山一中高一下学期检测)如图，是用模拟实验来研究汽车通过拱形桥的最高点时对桥面的压力。在较大的平直木板上相隔一定距离钉几个钉子，将三合板弯曲成拱桥形卡入钉子内形成拱形桥，三合板上表面事先铺上一层牛仔布以增加摩擦，这样玩具惯性车就可以在桥面上跑起来了。把这套系统放在电子秤上做实验，关于实验中电子秤的示数下列说法正确的是()a玩具车静止在拱桥顶端时的示数小一些b玩具车运动通过拱桥顶端时的示数大一些c玩具车运动通过拱桥顶端时处于超重状态d玩具车运动通过拱桥顶端时速度越大(未离开拱桥)，示数越小,d,解析：玩具车通过拱桥顶端时处于失重状态，速度越大示数越小，故选项d正确。,探究三离心运动,同学们小的时候都吃过松软可口的“棉花”糖，制作“棉花”糖的器具主要由分布有小孔的内筒和外筒组成，内筒与洗衣机的脱水筒相似，可以在脚的踏动下旋转。在内筒里面加入白砂糖，加热使糖熔化成糖汁。如图所示，一个师傅正在给两位小朋友制作“棉花”糖。试分析制作“棉花”糖的原理。,3,提示：内筒高速旋转时，黏稠的糖汁就做离心运动，从内筒壁的小孔飞散出去成为丝状，到达温度较低的外筒时，迅速冷却凝固，变得纤细雪白，像一团团棉花。,1离心运动的实质离心运动是物体逐渐远离圆心的运动，它的本质是物体惯性的表现。做圆周运动的物体，总是有沿着圆周切线飞出去的趋势，之所以没有飞出去，是因为受到向心力作用的缘故。2物体做离心运动的条件做圆周运动的物体，一旦提供向心力的外力突然消失，或者外力不能提供足够的向心力时，物体做远离圆心的运动，即离心运动。3离心运动的受力特点物体做离心运动并不是物体受到离心力作用，而是由于外力不能提供足够的向心力。所谓“离心力”也是由效果命名的，实际并不存在。,(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圆弧，当汽车行驶的速率为vc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(),典例3,a路面外侧高内侧低b车速只要低于vc，车辆便会向内侧滑动c车速虽然高于vc，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，vc的值变小,ac,解题指导：抓住临界点分析汽车转弯的受力特点及不侧滑的原因，结合圆周运动规律可判断。解析：汽车转弯时，恰好没有向公路内外两侧滑动的趋势，说明公路外侧高一些，支持力的水平分力刚好提供向心力，此时汽车不受静摩擦力的作用，与路面是否结冰无关，故选项a正确，选项d错误。当vvc时，支持力的水平分力小于所需向心力，汽车有向外侧滑动的趋势，在摩擦力大于最大静摩擦力前不会侧滑，故选项b错误，选项c正确。,对点训练3(多选)(2018黑龙江省哈尔滨三中高一下学期期中)雨天在野外骑车时，在自行车的后轮轮胎上常会粘附一些泥巴，行驶时感觉很“沉重”。如果将自行车后轮撑起，使后轮离开地面而悬空，然后用手摇脚踏板，使后轮匀速转动，泥巴就被甩下来。如图所示，图中a、b、c、d为后轮轮胎边缘上的四个特殊位置，则()a泥巴在图中a、c位置的向心加速度大于b、d位置的向心加速度b泥巴在图中的b、c位置时最容易被甩下来c泥巴在图中的c位置时最容易被甩下来d泥巴在图中的a位置时最容易被甩下来,c,解析：a、b、c、d共轴转动，角速度相等，半径也相等，根据公式ar2分析知它们的向心加速度大小都相等，故a错误。泥块做匀速圆周运动，合力提供向心力，根据fm2r知：泥块在车轮上每一个位置的向心力相等，当提供的合力小于向心力时做离心运动，所以能提供的合力越小越容易飞出去。最低点，重力向