新教材同步系列2024春高中物理第二章圓周運動第三節(jié)生活中的圓周運動課件粵教版必修第二冊

第二章圓周運動第三節(jié)生活中的圓周運動學習目標學法指導1．學會根據(jù)火車轉彎建立物理模型，分析水平面內(nèi)的圓周運動問題2．學會根據(jù)汽車過拱形或凹形路面建立模型，分析豎直平面內(nèi)圓周運動問題3．能分析豎直平面圓周運動中繩、桿等模型中向心力、彈力以及臨界速度的計算1．通過觀察模型了解火車車輪的特點進而了解火車轉彎時向心力的來源2．通過對向心力來源的分析及公式的推導，分析汽車過拱形或凹形路面時的受力和失重、超重現(xiàn)象知識導圖課前·自主預習1．水平公路：汽車在水平公路上轉彎時相當于在做圓周運動，此時向心力由車輪與路面間的靜摩擦力f來提供．即f＝________，解得v＝________，故彎道半徑越小，轉彎時的安全速度越小．公路彎道m(xù)gtanθ為什么交通法規(guī)中禁止過彎道時超車？從圓周運動的角度解釋其原因．【答案】超車需要加速，過彎道速度過大，當摩擦力不足以提供轉彎需要的向心力時，容易發(fā)生側滑，造成交通事故．1．運動特點：火車在彎道上運動時可看作圓周運動，因而具有_____________，由于其質(zhì)量巨大，需要很大的向心力．2．軌道設計：轉彎處外軌略____(填“高”或“低”)于內(nèi)軌，火車轉彎時鐵軌對火車的支持力FN的方向是__________________，它與重力的合力指向________，為火車轉彎提供一部分向心力．3．向心力的來源：依據(jù)彎道的半徑和規(guī)定的行駛速度，適當選擇內(nèi)軌和外軌的高度差，使轉彎時所需的向心力幾乎完全由________和________的合力來提供．鐵路彎道向心加速度高垂直軌道平面向上圓心重力支持力鐵路的內(nèi)軌和外軌道做得一樣高，火車行駛才更安全嗎？【答案】平直地方一樣高，轉彎處外高內(nèi)低更安全．拱形與凹形路面mg－FNFN－mg對比汽車過拱形路面最高點汽車過凹形路面最低點對路面的壓力FN′＝________FN′＝________結論汽車對路面的壓力小于汽車的重力，而且汽車速度越大，對路面的壓力_______汽車對路面的壓力大于汽車的重力，而且汽車速度越大，對路面的壓力______越小越大汽車過凹形地面底部時，對地面底部的壓力等于車重嗎？【答案】壓力要大于車的重力．如圖所示，把地球看作一個巨大的拱形橋，當汽車的速度增大時，地面對它的支持力怎樣變化？汽車有可能飛離地球嗎？【答案】速度增大，支持力減小，速度大到一定程度時，汽車有可能飛離地球．課堂·重難探究1．當火車行駛速度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)軌和外軌對火車無擠壓作用．2．當火車行駛速度v與規(guī)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)軌和外軌適時對火車輪緣有擠壓作用，具體情況如下：(1)當火車行駛速度v>v0時，外軌道對輪緣有向彎內(nèi)側壓力．(2)當火車行駛速度v<v0時，內(nèi)軌道對輪緣有向彎外側壓力．火車轉彎問題的分析例1

一段鐵路轉彎處，內(nèi)軌和外軌高度差h＝10cm，彎道半徑r＝625m，軌道斜面長l＝1435mm．求這段彎道的設計速度v0是多大？并討論當火車速度大于v0時對外軌的側壓力和小于v0時對內(nèi)軌的側壓力．(g取10m/s2)當v>v0時，外軌對外輪邊緣產(chǎn)生垂直軌道向內(nèi)的彈力(側壓力)，此時火車受力如圖所示．設火車的質(zhì)量為m，根據(jù)牛頓第二定律，得由此看出，火車的速度v越大，F(xiàn)外越大，鐵軌越容易損壞，若F外過大，會造成鐵軌的側向移動，損壞鐵軌，造成火車脫軌．可以看出，v越小，F(xiàn)內(nèi)越大，內(nèi)軌的磨損也越大，因此在有彎道限速標志的地方一定要遵守規(guī)定．【答案】C

火車轉彎問題的分析技巧汽車過拱形路面問題的分析例2如圖所示，質(zhì)量m＝2.0×104kg的汽車以不變的速率先后駛過凹形橋面和凸形橋面，兩橋面的圓弧半徑均為60m，如果橋面承受的壓力不超過3.0×105N，則汽車允許的最大速率是多少？(g取10m/s2)【解析】如圖所示，由受力分析可知，汽車駛至凹形橋面的底部時，合力向上，此時車對橋面壓力最大．變式2

(2023年珠海質(zhì)檢)如圖是汽車越野賽的一段賽道，一輛質(zhì)量為m的汽車以相同的水平速度先后通過a、b、c三點，其中a、c為排洪過水的“凹形路面”且a的曲率半徑較大，下列說法正確的是

(

)

A．汽車在a點檢測到的胎壓pa最小B．汽車在b點檢測到的胎壓pb最大C．汽車在c點檢測到的胎壓pc最小D．汽車在c點檢測到的胎壓pc最大【答案】D

核心素養(yǎng)應用實際圓周運動的模型構建如圖是過山車和它的簡化模型圖．過山車問題是典型的豎直平面內(nèi)的圓周運動．(1)向心力來源：受力如圖所示，重力G和支持力FN的合力提供向心力．(2)動力學方程：例3某游樂場中的“過山車”有兩個半徑分別為r1、r2的圓形軌道，固定在豎直平面內(nèi)，如圖所示，某游客乘坐的小車從傾斜軌道上滑下，連續(xù)經(jīng)過兩圓形軌道的最高點O、P時速度大小分別為v1、v2，若在這兩點，小車對軌道的壓力都為零，則v1∶v2為

(

)【答案】B

例4

(2023年惠州模擬)如圖所示，乘坐游樂園的翻滾過山車時，質(zhì)量為m的人隨車在豎直平面內(nèi)旋轉，重力加速度大小為g，下列說法正確的是

(

)A．過山車在最高點時人處于倒坐狀態(tài)，全靠保險帶拉住，沒有保險帶，人就會掉下來B．人在最高點時對座位不可能產(chǎn)生大小為mg的壓力C．人在最低點時對座位的壓力等于mgD．人在最低點時對座位的壓力大于mg【答案】D

小練·隨堂鞏固1．在水平面上轉彎的摩托車，如圖所示，向心力是

(

)A．重力和支持力的合力B．靜摩擦力C．滑動摩擦力D．重力、支持力和牽引力的合力【答案】B

【解析】摩托車在水平路面上轉彎時受到重力、支持力、牽引力以及指向圓心的靜摩擦力，所需的向心力由靜摩擦力提供，A、C、D錯誤，B正確．2．(2023年東莞質(zhì)檢)汽車通過拱形橋時的運動可以看成圓周運動，如圖所示，當汽車以一定速度通過圓形拱橋的最高點瞬間，下列說法正確的是

(

)A．橋對汽車的支持力大于汽車的重力B．橋對汽車的支持力小于汽車的重力C．橋對汽車的支持力等于汽車的重力D．橋對汽車的支持力與汽車速度大小無關【答案】B

3．一輛卡車勻速通過如圖所示的地段，爆胎可能性最大的位置是

(

)A．a(chǎn)處

B．b處

C．c處

D．d處【答案】D

4．(多選)(2023年茂名電白區(qū)期末)彎道跑步時，運動員整個身體要適當?shù)叵騼?nèi)側傾斜，是為了

(

)A．提高跑的速度B．防止甩向彎道外側C．防止甩向彎道內(nèi)側D．利用自身重力提供向心力【答案】AB

【解析】彎道跑步時，運動員整個身體要適當?shù)叵騼?nèi)側傾斜，支持力和靜摩擦力的合力方向經(jīng)過人的重心，因為拐彎靠指向圓心的合力提供向心力，地面對人的作用力方向與地面的傾角越小，即人適當?shù)叵騼?nèi)傾斜，可以提高跑步的速度，同時防止指向圓心的合力不夠提供向心力，而甩向彎道的外側，A、B正確，C、D錯誤．5．(多選)高速公路