寧夏回族自治區(qū)銀川市六盤山高級中學(xué)高中物理人教版必修二課件第五章第七節(jié)生活中的圓周運(yùn)動(dòng)

5.7生活中的圓周運(yùn)動(dòng)寧夏六盤山高級中學(xué)吳學(xué)先物理必修二學(xué)習(xí)目標(biāo)1.能定性分析火車外軌比內(nèi)軌高的原因。2.能定量分析汽車過拱形橋最高點(diǎn)和凹形橋最低點(diǎn)的壓力問題。3.會(huì)用牛頓第二定律分析圓周運(yùn)動(dòng)。4.進(jìn)一步領(lǐng)會(huì)力與物體的慣性對物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化所起的作用。問題討論1、什么叫向心力？方向如何？公式如何？2、向心力的來源是什么？3、向心加速度和切向加速度對速度的影響如何？思考：在平直軌道上勻速行駛的火車，火車受幾個(gè)力作用？這幾個(gè)力的關(guān)系如何？那火車轉(zhuǎn)彎時(shí)情況會(huì)有何不同呢？火車轉(zhuǎn)彎時(shí)是在做圓周運(yùn)動(dòng)，那么是什么力提供向心力？實(shí)例一、鐵路的彎道車輪的構(gòu)造火車車輪有突出的輪緣

鐵路的彎道——內(nèi)外軌道一樣高GN外軌對輪緣的彈力提供向心力.

靠這種辦法得到的向心力缺點(diǎn)是什么？如何解決這一實(shí)際問題？F【最佳方案】外軌略高于內(nèi)軌GFNF合α【方案剖析】火車轉(zhuǎn)彎規(guī)定臨界速度:解析：重力G與支持力FN的合力F合提供火車轉(zhuǎn)彎的向心力此時(shí)，車輪對內(nèi)外軌都無側(cè)壓力最佳設(shè)計(jì)方案火車以半徑R=900m轉(zhuǎn)彎,火車質(zhì)量m=8×105kg,設(shè)計(jì)速度為v=30m/s,火車軌距l(xiāng)=1.4m,要使火車通過彎道時(shí)僅受重力與軌道的支持力,外軌道應(yīng)該墊的高度h?(θ較小時(shí)tanθ=sinθ)FNmgFθh由力的關(guān)系得:由向心力公式得:由幾何關(guān)系得:解：=0.14m【研究與討論】

如果火車在轉(zhuǎn)彎處的速度不等于臨界速度，會(huì)發(fā)生怎樣的情況？

火車行駛速率v>v臨界當(dāng)火車行駛速率v>v臨界時(shí)

當(dāng)火車行駛速率v<v臨界時(shí)GNN′火車行駛速率v<v臨界GNN′外軌對輪緣有側(cè)壓力內(nèi)軌對輪緣有側(cè)壓力注意1、火車轉(zhuǎn)彎時(shí)向心力是水平的．

從這個(gè)例子我們進(jìn)一步知道：2、向心力是按效果命名的力，如果認(rèn)為做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體除了受到其他力的作用，還要再受到一個(gè)向心力，那就不對了。1、火車軌道在轉(zhuǎn)彎處外軌高于內(nèi)軌，其高度差由轉(zhuǎn)彎半徑與火車速度確定。若在某轉(zhuǎn)彎處規(guī)定行駛的速度為v，則下列說法中正確的是（）A．當(dāng)以v的速度通過此彎路時(shí)，火車重力與軌道面支持力的合力提供向心力B．當(dāng)以v的速度通過此彎路時(shí)，火車重力、軌道面支持力和外軌對輪緣彈力的合力提供向心力C．當(dāng)速度大于v時(shí)，輪緣擠壓外軌D．當(dāng)速度小于v時(shí)，輪緣擠壓外軌AC2.(多選)(2013·新課標(biāo)全國卷Ⅱ)公路急轉(zhuǎn)彎處通常是交通事故多發(fā)地帶。如圖,某公路急轉(zhuǎn)彎處是一圓弧,當(dāng)汽車行駛的速率為v0時(shí),汽車恰好沒有向公路內(nèi)外兩側(cè)滑動(dòng)的趨勢。則在該彎道處(

)A.路面外側(cè)高內(nèi)側(cè)低B.車速只要低于v0,車輛便會(huì)向內(nèi)側(cè)滑動(dòng)C.車速雖然高于v0,但只要不超出某一最高限度,車輛便不會(huì)向外側(cè)滑動(dòng)D.當(dāng)路面結(jié)冰時(shí),與未結(jié)冰時(shí)相比,v0的值變小AC【解析】選A、C。當(dāng)汽車行駛的速率為v0時(shí),汽車恰好沒有向公路內(nèi)外兩側(cè)滑動(dòng)的趨勢,即不受靜摩擦力,此時(shí)由重力和支持力的合力提供向心力,所以路面外側(cè)高內(nèi)側(cè)低,選項(xiàng)A正確;當(dāng)車速低于v0時(shí),需要的向心力小于重力和支持力的合力,汽車有向內(nèi)側(cè)運(yùn)動(dòng)的趨勢,但并不會(huì)向內(nèi)側(cè)滑動(dòng),靜摩擦力向外側(cè),選項(xiàng)B錯(cuò)誤;當(dāng)車速高于v0時(shí),需要的向心力大于重力和支持力的合力,汽車有向外側(cè)運(yùn)動(dòng)的趨勢,靜摩擦力向內(nèi)側(cè),速度越大,靜摩擦力越大,只有靜摩擦力達(dá)到最大以后,車輛才會(huì)向外側(cè)滑動(dòng),選項(xiàng)C正確;由mgtanθ=可知,v0的值只與斜面傾角和圓弧軌道的半徑有關(guān),與路面的粗糙程度無關(guān),選項(xiàng)D錯(cuò)誤?！疚锢砼c生活】

2008年4月18日，我國鐵路進(jìn)行了第六次大提速，時(shí)速將達(dá)200公里以上，這必將為我國經(jīng)濟(jì)騰飛注入新的活力。假設(shè)你是一位從事鐵路設(shè)計(jì)的工程師，你認(rèn)為火車提速有必要對鐵路拐彎處進(jìn)行改造嗎？應(yīng)如何改造？

公路上的拱形橋是常見的，汽車過橋時(shí)，也可以看做圓周運(yùn)動(dòng)。那么是什么力提供汽車的向心力呢？思考：實(shí)例二、拱形橋1、汽車過凸形橋質(zhì)量為m

的汽車以恒定的速率v通過半徑為r的拱橋,如圖所示,求汽車在橋頂時(shí)對路面的壓力是多大?解:汽車通過橋頂時(shí),受力如圖:mgFNOr由牛頓第二定律:由牛頓第三定律:當(dāng)汽車通過橋頂時(shí)的速度逐漸增大時(shí)FN

和FN′會(huì)怎樣變化?FfF失重過水路面你見過凹形橋嗎?瀘定橋2、汽車過凹形橋

下面自己分析汽車通過凹形橋最低點(diǎn)時(shí)，汽車對橋的壓力比汽車的重力大些還是小些?

質(zhì)量為m的汽車以恒定的速率v通過半徑為r的凹形橋面,如圖所示,求汽車在最低點(diǎn)時(shí)對橋面的壓力是多大?解:汽車通過底部時(shí),受力如圖:GFN由牛頓第二定律:當(dāng)汽車通過橋最低點(diǎn)時(shí)的速度逐漸增大時(shí)FN和FN′怎樣變化?由牛頓第三定律：FFf超重比較三種橋面受力的情況FN=GGFNGGFNFN汽車對橋面的壓力超重失重狀態(tài)最高點(diǎn)最低點(diǎn)失重超重小結(jié)：課堂練習(xí)1、質(zhì)量m=100t的火車在軌道上行駛,火車內(nèi)外軌連線與水平面夾角為370

，彎道半徑R=30m。(1)當(dāng)火車的速度v1=10m/s時(shí),軌道何處受側(cè)壓力?方向如何?(2)當(dāng)火車的速度v2=15m/s時(shí),軌道何處受側(cè)壓力?方向如何?(3)當(dāng)火車的速度v3=20m/s時(shí),軌道何處受側(cè)壓力?方向如何?課堂練習(xí)2、一輛質(zhì)量m=2.0t的小轎車，駛過半徑R=100m的一段圓弧形橋面。(1)若橋面為凹形，汽車以20m/s通過橋面最低點(diǎn)時(shí)，對橋面的壓力是多大？(2)若橋面為凸形，汽車以10m/s通過橋面最高點(diǎn)時(shí)，對橋面的壓力是多大？(3)汽車以多大速度凸形橋面頂點(diǎn)時(shí)，對橋面剛好沒有壓力？

地球可以看做一個(gè)巨大的拱形橋，橋面的半徑就是地球的半徑。會(huì)不會(huì)出現(xiàn)這樣的情況：速度大到一定程度時(shí)，地面對車的支持力是零？這時(shí)駕駛員與座椅之間的壓力是多少？……思考與討論該“思考與討論”中描述的情景其實(shí)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，不過不是在汽車上，而是在航天飛機(jī)中．

一、鐵路的彎道1．討論向心力的來源：2．外軌高于內(nèi)軌時(shí)重力與