生活中的圆周运动课件-高一下学期物理人教版(2)-1

第六章圆周运动第四节生活中的圆周运动复习回顾圆周运动向心力的表达式火车转弯问题问题1：在铁路弯道处，内、外轨道的高度一样吗？问题2：火车在弯道处行驶时，速度有要求吗？火车转弯问题一、火车转弯车轮的构造轮缘车轮的结构轮缘思考：如果火车在水平弯道处转弯，若内、外轨道的高度相同，此时火车做圆周运动的向心力由谁提供？这样设计会带来什么后果？FGFN向心力主要由外轨对轮缘的弹力提供内轨道外轨道θFNGOF合θ外轨高于内轨道时转弯外轨略高于内轨火车转弯所需的向心力的方向是在水平方向上而不是在与斜面平行的方向上。OGFNF合θθF合＝mgtanθ轨道对轮缘无挤压，此时火车的速度为多大？火车转弯时所需的向心力Fn=

mv2Rv＝

gRtanθ若火车的速度大于或小于这个值时，轨道对轮缘有挤压吗？

当v＜

gRtanθ：

当v＞

gRtanθ：GFNθ轮缘受到外轨向内的弹力GFNθFF轮缘受到内轨向外的弹力（1）如果火车行驶速度v=v0：（2）如果火车行驶速度v>v0：（3）如果火车行驶速度v<v0：

两侧轮轨均无挤压，此时为最安全的过弯速度外侧轮轨挤压，此时外轨易损坏内侧轮轨挤压，此时内轨易损坏转弯时的火车：外高内低时临界速度总结：汽车在水平地面上转弯是什么力提供向心力的呢?OmgFNFf汽车转弯汽车在水平路面上转弯所需要的向心力来源:汽车侧向所受的静摩擦力。OmgFNFf当汽车转弯的半径一定时,汽车的速度v越大,所需的向心力也越大,静摩擦力也越大,当静摩擦力为最大静摩擦力时:由此可见:当汽车转弯时,存在一个安全通过的最大速度,如果超过了这个速度,汽车将发生侧滑现象。改进措施:1.增大转弯半径2.增加路面的粗糙程度3.最重要的一点:司机应该减速慢行4.增加路面高度差——外高内低θv＝

gRtanθ如何避免侧滑现象？高速路和赛道转弯处修成外高内低。NFnmg1、(多选)在修筑铁路时，弯道处的外轨会略高于内轨.如图所示，当火车以规定的行驶速度转弯时，内、外轨均不会受到轮缘的挤压，设此时的速度大小为v，重力加速度为g，两轨所在面的倾角为θ，则（

）A.该弯道的半径r＝B.当火车质量改变时，规定的行驶速度大小不变C.当火车速率大于v时，内轨将受到轮缘的挤压D.当火车速率大于v时，外轨将受到轮缘的挤压ABD课堂练习2.(多选)公路急转弯处通常是交通事故多发地带.如图所示，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的值变小课堂练习AC拱形桥（凸形桥）凹形桥水平桥二、汽车过拱形桥问题1：平桥：汽车静止在桥上与通过平桥时，桥受力怎样？F压＝mg问题2：汽车过拱形桥最高点时，车对桥的压力怎样？mgFNv2Rmg－FN＝mv2RFN

＝mg－mv2RF压＝FN

＝mg－m汽车对桥的压力小于其所受重力，汽车处于失重状态FN

＜mgv2Rmg＝m

当

FN

=0

时，汽车脱离桥面，做平抛运动。FN＝0

时，汽车的速度为多大？v2RFN

＝mg－m问题3：汽车过拱形桥时，运动速度变大，车对桥的压力如何变化？mgFN临界速度问题4：汽车过凹形桥时，在最低点时，车对凹形桥的压力又怎样？FNmgv2RFN

＝mg+

mv2RF压＝FN

＝mg+

mv2RFN－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凸形桥凹形桥泸定桥3、一汽车通过拱形桥顶点时速度为10m/s，车对桥顶的压力大小为车重的

，如果要使汽车在桥顶对桥面恰好没有压力，汽车的速度大小为（

）(g取10m/s2)A.15m/s B.20m/sC.25m/s D.30m/s课堂练习B4、公路在通过小型水库的泄洪闸的下游时，常常要修建凹形路面，也叫“过水路面”.如图所示，汽车通过凹形路面的最低点时（

）A.汽车的加速度为零，受力平衡B.汽车对路面的压力比汽车的重力大C.汽车对路面的压力比汽车的重力小D.汽车的速度越大，汽车对路面的压力越小课堂练习B三、航天器中的失重现象三、航天器中的失重现象

地球可以看做一个巨大的拱形桥，桥面的半径就是地球的半径.会不会出现这样的情况：速度大到一定程度时，地面对车的支持力是零？这时驾驶员与座椅之间的压力是多少？……地球可以看作一个巨大的拱型桥，其半径就是地球半径R=

6400km，若汽车不断加速，则地面对它的支持力就会变小，汽车速度多大时，支持力FN会变成零？【解析】由得这里描述的情景其实已经实现，不过不是在汽车上，而是在航天器中。v2rFN＝mg－mv＝

gR当

时，座舱对航天员的支持力FN＝0，航天员处于完全失重.有人把航天器失重的原因说成是它离地球太远，从而摆脱了地球引力，这种说法对吗？正是由于地球引力的存在，才使航天器连同其中的人和物体绕地球做圆周运动.v2Rmg－FN＝m我们以绕地球做匀速圆周运动的宇宙飞船为例，当飞船距离地面高度为100-200km时，它的轨道半径近似等于地球半径R，航天员受到的地球引力近似等于他在地面受到的重力mg.对于航天员：定义：做圆周运动的物体，在其所受合外力突然消失，或不足以提供圆周运动所需向心力的情况下，就做逐渐远离圆心的运动，这种运动叫作离心运动。做离心运动的条件：四、离心运动1.物体做离心运动，并不是受到“离心力”作用，更不是“离心力”大于向心力，而是外界提供的向心力不足或突然消失。2.离心运动不是沿着半径背离圆心的运动，而是沿着切线或曲线离心的运动。注意：离心运动的应用离心抛掷离心脱水制作棉花糖离心分离血液离心运动的危害与防止汽车转弯课堂小结火车转弯汽车过桥航天失重离心运动【1】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D可能飞离路面的地段应是？习题训练A、C【2】火车以半径R=900m转弯，火车质量为8×105kg，速度为30m/s，火车轨距l=1.4m，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）FNmgFθh由力的关系得：由向心力公式得：由几何关系得：【解析】=0.14m习题训练【3】一辆质量

m=2t的轿车，驶过半径R=90m的一段凸形桥面，g

取10m/s2，求:(1)轿车以10m/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】