高中物理第2章3圓周運動的實例分析課件教科版必修2

1、3.圓周運動的實例分析1.學(xué)會分析具體問題中的向心力來源.2.能應(yīng)用牛頓第二定律和圓周運動的知識分析、處理生產(chǎn)和生活中的實例.3.知道向心力、向心加速度公式也適用于變速圓周運動,會求變速圓周運動中物體在特殊點的向心力和向心加速度.4.了解什么是離心運動.知道物體做離心運動的條件.5.了解離心運動的應(yīng)用和防止. 探究一探究二汽車過凸、凹形橋1.向心力的來源汽車過拱形橋的最高點或最低點時,在豎直方向上受到重力G和橋的支持力N,它們的合力提供汽車做圓周運動的向心力.2.汽車過橋壓力的分析與討論汽車過橋可分為過凸形橋和凹形橋兩類問題.假設(shè)汽車質(zhì)量為m,橋面圓弧半徑為R,汽車在最高點或最低點時的速率為v

2、,那么汽車位于橋面最高點或最低點時對橋面的壓力大小情況可通過下表討論.探究一探究二探究一探究二火車轉(zhuǎn)彎問題1.火車彎道的特點其中R為彎道半徑,為軌道所在平面與水平面的夾角,v0為轉(zhuǎn)彎處的規(guī)定速度.探究一探究二2.明確圓周平面雖然外軌高于內(nèi)軌,但整個外軌是等高的,整個內(nèi)軌是等高的.因而火車在行駛的過程中,重心的高度不變,即火車重心的軌跡在同一水平面內(nèi).故火車的圓周平面是水平面,而不是斜面.即火車的向心加速度和向心力均是沿水平面而指向圓心.3.速度與軌道壓力的關(guān)系(1)當(dāng)火車行駛速度v等于規(guī)定速度v0時,所需向心力僅由重力和彈力的合力提供,此時內(nèi)外軌道對車輪緣無擠壓作用.(2)當(dāng)火車行駛速度v與規(guī)

3、定速度v0不相等時,火車所需向心力不再僅由重力和彈力的合力提供,此時內(nèi)外軌道對火車輪緣有擠壓作用,具體情況如下:當(dāng)火車行駛速度vv0時,外軌道對輪緣有側(cè)壓力.當(dāng)火車行駛速度vv0時,內(nèi)軌道對輪緣有側(cè)壓力.【例1】 (多項選擇)一輛汽車勻速通過半徑為R的圓弧形拱橋,關(guān)于汽車的受力情況(忽略汽車運動過程中所受的阻力),以下說法正確的選項是()A.汽車對路面的壓力大小不變,總是等于汽車的重力B.汽車對路面的壓力大小不斷發(fā)生變化,總是小于汽車所受的重力C.在上升過程汽車的牽引力不發(fā)生變化D.在上升過程汽車的牽引力逐漸變小解析:汽車受重力mg、路面對汽車的支持力N、路面對汽車的牽引力F(不考慮汽車運動過

4、程中受到的阻力),如下圖,設(shè)汽車所在位置路面切線與水平面所夾的角為.汽車運行速率大小不變,沿軌跡切線方向合力為零,所以F-mgsin =0,即F=mgsin .汽車在到達(dá)最高點之前,角不斷減小,由上式可見,汽車的牽引力不斷減小,所以選項C錯誤,選項D正確.在沿著半徑的方向上,汽車有向心加速度,由牛頓第二定律得答案:BD 題后反思汽車做勻速圓周運動時,在任意位置其合力都指向圓心,即“切向平衡“法向有向心加速度.【例2】 鐵路轉(zhuǎn)彎處的彎道半徑r是由地形決定的.彎道處要求外軌比內(nèi)軌高,其內(nèi)外軌高度差h的設(shè)計不僅與r有關(guān),還取決于火車在彎道上的行駛速率.下面表格中是鐵路設(shè)計人員技術(shù)手冊中彎道半徑r及與

5、之對應(yīng)的軌道的高度差h.(1)根據(jù)表中數(shù)據(jù),試導(dǎo)出h和r關(guān)系的表達(dá)式,并求出當(dāng)r=440 m時,h的設(shè)計值.(2)鐵路建成后,火車通過彎道時,為保證絕對平安,要求內(nèi)外軌道均不向車輪施加側(cè)向壓力,又我國鐵路內(nèi)外軌的間距設(shè)計值為L=1 435 mm,結(jié)合表中數(shù)據(jù),算出我國火車轉(zhuǎn)彎時的速度v(以km/h為單位,結(jié)果取整數(shù);當(dāng)傾角很小時,取sin tan ).(3)為了提高運輸力,國家不斷對鐵路進(jìn)展提速,這就要求鐵路轉(zhuǎn)彎速率也相應(yīng)提高.請根據(jù)上述計算原理和上述表格分析提速時應(yīng)采取怎樣的平安措施?點撥:火車轉(zhuǎn)彎時重心的軌跡在同一水平面內(nèi),火車轉(zhuǎn)彎所需要的向心力由重力和支持力的合力提供.答案:(1)hr=33 m275 mm(2)54 km/h(3)見解析題后反思知道火車轉(zhuǎn)彎時的向心力來源是分析解答此題的關(guān)鍵.另外鐵路彎道的半徑r是由地形條件決定的,彎道處內(nèi)外軌道的高度差h的選取不僅與r有關(guān),還與火車在彎道上的行駛速率有關(guān),利用數(shù)學(xué)上近似處理得出上述三個量的關(guān)系是 【例3】 下