2019-2020学年高中物理 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7节生活中的圆周运动,学习目标,1.能定性分析火车外轨比内轨高的原因。2.能定量分析汽车过拱形桥最高点和凹形桥最低点的压力问题。3.知道航天器中的失重现象的本质。4.知道离心运动及其产生条件,了解离心运动的应用和防止。5.知道牛顿第二定律是分析生活中圆周运动的基本规律,逐步养成用物理知识分析生活和生产中实际问题的习惯。6.进一步领会力与惯性对物体运动状态变化所起的作用。,自主学习,教材提炼,知识梳理,一、火车转弯问题如果在转弯处使外轨略内轨,火车驶过转弯处时,铁轨对火车的支持力的方向不再竖直,而是斜向弯道,它与重力的合力指向圆心,成为使火车转弯的一部分向心力。二、汽车过拱桥1.汽车受的重力g和桥对它的支持力fn提供向心力,二者合力f向=,由此式可得出支持力fn=,而桥对汽车的支持力fn和汽车对桥的压力fn大小相等,fn=。压力fn汽车的重力g,而且汽车的速率v越大,汽车对桥的压力fn。,高于,内侧,g-fn,g-f向,g-f向,小于,越小,零,平抛运动,地球半径,失重,四、离心运动做圆周运动的物体,由于,总有沿着切线方向飞出去的倾向,但它没有飞出去,这是因为在拉着它,使它与圆心距离保持不变,一旦突然消失,物体就沿切线方向飞出去,而在合力不足以提供所需的向心力时,物体虽不会沿切线方向飞出去,但也会逐渐圆心。,惯性,向心力,向心力,远离,练一练,1.若火车按规定的速率转弯时,内、外轨对车轮皆无侧压力,则火车以较小的速率转弯时()a.仅内轨对车轮有侧压力b.仅外轨对车轮有侧压力c.内、外轨对车轮均有侧压力d.内、外轨对车轮均无侧压力,a,解析:当火车以小于规定的速率转弯时,有下滑趋势,故对内轨有侧压力,由牛顿第三定律知,内轨对火车有侧压力,选项a正确。,2.如图所示,实验模拟的是拱形桥,来研究汽车通过桥的最高点时对桥的压力。在较大的平整木板上相隔一定的距离钉4个钉子,将三合板弯曲成拱桥形卡入钉内,三合板上表面事先铺上一层牛仔布以增加摩擦,这样玩具车就可以在桥面上跑起来了,把这套系统放在电子秤上。关于电子秤的示数,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,3.下列关于离心现象的说法中正确的是()a.当物体所受的离心力大于向心力时,产生离心现象b.当做匀速圆周运动的物体所受的一切力都突然消失时,它将做背离圆心的圆周运动c.当做匀速圆周运动的物体所受的一切力都突然消失时,它将沿切线方向飞出d.当做匀速圆周运动的物体所受的一切力都突然消失时,它将做曲线运动,c,解析:当做圆周运动的物体所受的外力沿半径方向的合力不能提供足够的向心力时,物体将做离心运动,若是它所受的一切外力突然消失,则它将沿切线方向飞出,选项c正确。,4.(2019浙江1月学考)如图所示,在近地圆轨道环绕地球运行的“天宫二号”的实验舱内,航天员景海鹏和陈冬在向全国人民敬礼时()a.不受地球引力b.处于平衡状态,加速度为零c.处于失重状态,加速度约为gd.底板的支持力与地球引力平衡,c,b,5.如图所示是摩托车比赛转弯时的情形,转弯处路面常是外高内低,摩托车转弯有一个最大安全速度,若超过此速度,摩托车将发生滑动。关于摩托车滑动的问题,下列论述正确的是()a.摩托车一直受到沿半径方向向外的离心力作用b.摩托车所受外力的合力小于所需的向心力c.摩托车将沿其线速度的方向沿直线滑去d.摩托车将沿其半径方向沿直线滑去,解析:摩托车只受重力、地面支持力和地面的摩擦力作用,没有离心力,a项错误;摩托车正常转弯时可看做匀速圆周运动,所受的合力等于向心力,如果向外滑动,说明提供的向心力即合力小于需要的向心力,b项正确;摩托车将在沿线速度方向与半径向外的方向之间做离心曲线运动,c,d项错误。,要点一机车的转弯问题,课堂探究,例1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,如果火车的速度大于或小于72km/h,会分别发生什么现象?说明理由。,思路探究:(1)火车转弯时可能受到哪些力的作用?(2)火车转弯速度过大或过小各会导致什么事故发生?答案:(1)火车转弯时,一定受到重力、支持力、可能受到内轨向外的支持力或外轨向里的支持力。,(2)若火车转弯速度过大,会使外轨受到过大的挤压,可导致外轨脱落发生火车出轨的事故;若火车转弯速度过小,会使内轨受到过大的挤压,可导致内轨脱落发生火车内翻的事故。,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的轮缘的弹力来平衡,这样就出现了内侧车轮的轮缘挤压内轨的现象。,答案:见解析,规律方法,交通工具转弯问题的解决思路,(1)作出受力分析示意图,确定其做圆周运动的运动轨迹平面。(2)确定出向心力的方向,明确此方向的合力。(3)由圆周运动向心力与其他物理量的关系式列方程求解。,针对训练1:摆式列车是集电脑、自动控制等高新技术于一体的新型高速列车,如图所示,当列车转弯时在电脑控制下车厢会自动倾斜,沿直线行驶时车厢又恢复成竖直状态,就像玩具“不倒翁”一样,假设有一超高速列车在水平面内行驶,以360km/h的速度拐弯,拐弯半径为1km,则车厢内质量为50kg的乘客,在拐弯过程中受到列车给他的作用力为(g取10m/s2)(),c,要点二汽车过拱形桥问题,例2如图所示,质量m=2.0104kg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?,思路探究:(1)汽车在两种运动情况下受力、运动有无区别?,答案:(1)汽车在两种运动情况下都受重力、支持力、牵引力、摩擦力,因此受力、运动均无区别。,思路探究:(2)汽车在两种情况下所受合力方向有何不同?,答案:(2)1.0105n,(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),答案:(2)汽车在两种情况下所受合力方向不同的原因在于做圆周运动的圆心位置不同。,规律方法,分析汽车过桥这类问题时应把握以下两点,(1)汽车在拱形桥上的运动是竖直面内的圆周运动。(2)汽车在桥顶时受到重力和桥面的支持力作用,这两个力的合力提供向心力。,针对训练2:城市中为了解决交通拥堵问题,修建了许多立交桥。如图所示,桥面是半径为r的圆弧形的立交桥ab横跨在水平路面上,一辆质量为m的小汽车,从a端冲上该立交桥,小汽车到达桥顶时的速度大小为v1,若小汽车在上桥过程中保持速率不变,则(),a,要点三航天器中的失重及离心现象,c,例3如图所示,赛车在水平路面上转弯时,常常在弯道上冲出跑道,这是由于赛车行驶到弯道时()a.运动员未能及时转动方向盘才造成赛车冲出跑道的b.运动员没有及时加速才造成赛车冲出跑道的c.运动员没有及时减速才造成赛车冲出跑道的d.由公式f=m2r可知,弯道半径越大,越容易冲出跑道,思路探究:(1)什么力提供赛车做圆周运动的向心力?(2)避免汽车做离心运动的方法是什么?答案:(1)在水平路面上转弯的汽车,靠静摩擦力提供向心力。(2)在转弯处适当减速;在修建公路时避免出现急弯;在转弯半径很小的弯道处,将路面建成外高内低。,规律方法,汽车做离心运动的条件,针对训练3:未来的星际航行中,宇航员长期处于零重力状态,为缓解这种状态带来的不适,有人设想在未来的航天器上加装一段圆柱形“旋转舱”,如图所示。当旋转舱绕其轴线匀速旋转时,宇航员站在旋转舱内圆柱形侧壁上,可以受到与他站在地球表面时相同大小的支持力。为达到上述目的,下列说法正确的是()a.旋转舱的半径越大,转动的角速度就应越大b.旋转舱的半径越大,转动的角速度就应越小c.宇航员质量越大,旋转舱的角速度就应越大d.宇航员质量越大,旋转舱的角速度就应越小,b,解析:宇航员在舱内受到的支持力与他站在地球表面时受到的支持力大小相等,mg=m2r,即g=2r,可见r越大,就越小,b正确,a错误;角速度与质量m无关,c,d错误。,课堂达标,1.一辆运输西瓜的小汽车(可视为质点),以大小为v的速度经过一座半径为r的拱形桥。在桥的最高点,其中一个质量为m的西瓜a(位置如图所示)受到周围的西瓜对它的作用力的大小为(),c,2.(2018浙江11月选考)一质量为2.0103kg的汽车在水平公路上行驶,路面对轮胎的径向最大静摩擦力为1.4104n,当汽车经过半径为80m的弯道时,下列判断正确的是()a.汽车转弯时所受的力有重力、弹力、摩擦力和向心力b.汽车转弯的速度为20m/s时所需的向心力为1.4104nc.汽车转弯的速度为20m/s时汽车会发生侧滑d.汽车能安全转弯的向心加速度不超过7.0m/s2,d,3.由上海飞往美国洛杉矶的飞机,在飞越太平洋上空的过程中,如果保持飞行速度的大小和距离海平面的高度均不变,则以下说法中正确的是()a.飞机做的是匀速直线运动b.飞机上的乘客对座椅的压力为零c.飞机上的乘客对座椅的压力略大于重力d.飞机上的乘客对座椅的压力略小于重力,d,4.为适应国民经济的发展需要,我国铁路不断提速。火车转弯可视为匀速圆周运动,火车速度提高易使外轨受损。为解决火车高速转弯时使外轨受损这一难题,你认为理论上可行的措施是()a.减小弯道半径b.增大弯道半径c.适当减小内外