宁夏回族自治区银川市六盘山高级中学高中物理人教版必修二课件第五章第七节生活中的圆周运动

5.7生活中的圆周运动宁夏六盘山高级中学吴学先物理必修二学习目标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.会用牛顿第二定律分析圆周运动。4.进一步领会力与物体的惯性对物体运动状态变化所起的作用。问题讨论1、什么叫向心力？方向如何？公式如何？2、向心力的来源是什么？3、向心加速度和切向加速度对速度的影响如何？思考：在平直轨道上匀速行驶的火车，火车受几个力作用？这几个力的关系如何？那火车转弯时情况会有何不同呢？火车转弯时是在做圆周运动，那么是什么力提供向心力？实例一、铁路的弯道车轮的构造火车车轮有突出的轮缘

铁路的弯道——内外轨道一样高GN外轨对轮缘的弹力提供向心力.

靠这种办法得到的向心力缺点是什么？如何解决这一实际问题？F【最佳方案】外轨略高于内轨GFNF合α【方案剖析】火车转弯规定临界速度:解析：重力G与支持力FN的合力F合提供火车转弯的向心力此时，车轮对内外轨都无侧压力最佳设计方案火车以半径R=900m转弯,火车质量m=8×105kg,设计速度为v=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,外轨道应该垫的高度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：=0.14m【研究与讨论】

如果火车在转弯处的速度不等于临界速度，会发生怎样的情况？

火车行驶速率v>v临界当火车行驶速率v>v临界时

当火车行驶速率v<v临界时GNN′火车行驶速率v<v临界GNN′外轨对轮缘有侧压力内轨对轮缘有侧压力注意1、火车转弯时向心力是水平的．

从这个例子我们进一步知道：2、向心力是按效果命名的力，如果认为做匀速圆周运动的物体除了受到其他力的作用，还要再受到一个向心力，那就不对了。1、火车轨道在转弯处外轨高于内轨，其高度差由转弯半径与火车速度确定。若在某转弯处规定行驶的速度为v，则下列说法中正确的是（）A．当以v的速度通过此弯路时，火车重力与轨道面支持力的合力提供向心力B．当以v的速度通过此弯路时，火车重力、轨道面支持力和外轨对轮缘弹力的合力提供向心力C．当速度大于v时，轮缘挤压外轨D．当速度小于v时，轮缘挤压外轨AC2.(多选)(2013·新课标全国卷Ⅱ)公路急转弯处通常是交通事故多发地带。如图,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AC【解析】选A、C。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,即不受静摩擦力,此时由重力和支持力的合力提供向心力,所以路面外侧高内侧低,选项A正确;当车速低于v0时,需要的向心力小于重力和支持力的合力,汽车有向内侧运动的趋势,但并不会向内侧滑动,静摩擦力向外侧,选项B错误;当车速高于v0时,需要的向心力大于重力和支持力的合力,汽车有向外侧运动的趋势,静摩擦力向内侧,速度越大,静摩擦力越大,只有静摩擦力达到最大以后,车辆才会向外侧滑动,选项C正确;由mgtanθ=可知,v0的值只与斜面倾角和圆弧轨道的半径有关,与路面的粗糙程度无关,选项D错误。【物理与生活】

2008年4月18日，我国铁路进行了第六次大提速，时速将达200公里以上，这必将为我国经济腾飞注入新的活力。假设你是一位从事铁路设计的工程师，你认为火车提速有必要对铁路拐弯处进行改造吗？应如何改造？

公路上的拱形桥是常见的，汽车过桥时，也可以看做圆周运动。那么是什么力提供汽车的向心力呢？思考：实例二、拱形桥1、汽车过凸形桥质量为m

的汽车以恒定的速率v通过半径为r的拱桥,如图所示,求汽车在桥顶时对路面的压力是多大?解:汽车通过桥顶时,受力如图:mgFNOr由牛顿第二定律:由牛顿第三定律:当汽车通过桥顶时的速度逐渐增大时FN

和FN′会怎样变化?FfF失重过水路面你见过凹形桥吗?泸定桥2、汽车过凹形桥

下面自己分析汽车通过凹形桥最低点时，汽车对桥的压力比汽车的重力大些还是小些?

质量为m的汽车以恒定的速率v通过半径为r的凹形桥面,如图所示,求汽车在最低点时对桥面的压力是多大?解:汽车通过底部时,受力如图:GFN由牛顿第二定律:当汽车通过桥最低点时的速度逐渐增大时FN和FN′怎样变化?由牛顿第三定律：FFf超重比较三种桥面受力的情况FN=GGFNGGFNFN汽车对桥面的压力超重失重状态最高点最低点失重超重小结：课堂练习1、质量m=100t的火车在轨道上行驶,火车内外轨连线与水平面夹角为370

，弯道半径R=30m。(1)当火车的速度v1=10m/s时,轨道何处受侧压力?方向如何?(2)当火车的速度v2=15m/s时,轨道何处受侧压力?方向如何?(3)当火车的速度v3=20m/s时,轨道何处受侧压力?方向如何?课堂练习2、一辆质量m=2.0t的小轿车，驶过半径R=100m的一段圆弧形桥面。(1)若桥面为凹形，汽车以20m/s通过桥面最低点时，对桥面的压力是多大？(2)若桥面为凸形，汽车以10m/s通过桥面最高点时，对桥面的压力是多大？(3)汽车以多大速度凸形桥面顶点时，对桥面刚好没有压力？

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？……思考与讨论该“思考与讨论”中描述的情景其实已经实现，不过不是在汽车上，而是在航天飞机中．

一、铁路的弯道1．讨论向心力的来源：2．外轨高于内轨时重力与