新教材同步系列2024春高中物理第二章圆周运动第三节生活中的圆周运动课件粤教版必修第二册

第二章圆周运动第三节生活中的圆周运动学习目标学法指导1．学会根据火车转弯建立物理模型，分析水平面内的圆周运动问题2．学会根据汽车过拱形或凹形路面建立模型，分析竖直平面内圆周运动问题3．能分析竖直平面圆周运动中绳、杆等模型中向心力、弹力以及临界速度的计算1．通过观察模型了解火车车轮的特点进而了解火车转弯时向心力的来源2．通过对向心力来源的分析及公式的推导，分析汽车过拱形或凹形路面时的受力和失重、超重现象知识导图课前·自主预习1．水平公路：汽车在水平公路上转弯时相当于在做圆周运动，此时向心力由车轮与路面间的静摩擦力f来提供．即f＝________，解得v＝________，故弯道半径越小，转弯时的安全速度越小．公路弯道mgtanθ为什么交通法规中禁止过弯道时超车？从圆周运动的角度解释其原因．【答案】超车需要加速，过弯道速度过大，当摩擦力不足以提供转弯需要的向心力时，容易发生侧滑，造成交通事故．1．运动特点：火车在弯道上运动时可看作圆周运动，因而具有_____________，由于其质量巨大，需要很大的向心力．2．轨道设计：转弯处外轨略____(填“高”或“低”)于内轨，火车转弯时铁轨对火车的支持力FN的方向是__________________，它与重力的合力指向________，为火车转弯提供一部分向心力．3．向心力的来源：依据弯道的半径和规定的行驶速度，适当选择内轨和外轨的高度差，使转弯时所需的向心力几乎完全由________和________的合力来提供．铁路弯道向心加速度高垂直轨道平面向上圆心重力支持力铁路的内轨和外轨道做得一样高，火车行驶才更安全吗？【答案】平直地方一样高，转弯处外高内低更安全．拱形与凹形路面mg－FNFN－mg对比汽车过拱形路面最高点汽车过凹形路面最低点对路面的压力FN′＝________FN′＝________结论汽车对路面的压力小于汽车的重力，而且汽车速度越大，对路面的压力_______汽车对路面的压力大于汽车的重力，而且汽车速度越大，对路面的压力______越小越大汽车过凹形地面底部时，对地面底部的压力等于车重吗？【答案】压力要大于车的重力．如图所示，把地球看作一个巨大的拱形桥，当汽车的速度增大时，地面对它的支持力怎样变化？汽车有可能飞离地球吗？【答案】速度增大，支持力减小，速度大到一定程度时，汽车有可能飞离地球．课堂·重难探究1．当火车行驶速度v等于规定速度v0时，所需向心力仅由重力和弹力的合力提供，此时内轨和外轨对火车无挤压作用．2．当火车行驶速度v与规定速度v0不相等时，火车所需向心力不再仅由重力和弹力的合力提供，此时内轨和外轨适时对火车轮缘有挤压作用，具体情况如下：(1)当火车行驶速度v>v0时，外轨道对轮缘有向弯内侧压力．(2)当火车行驶速度v<v0时，内轨道对轮缘有向弯外侧压力．火车转弯问题的分析例1

一段铁路转弯处，内轨和外轨高度差h＝10cm，弯道半径r＝625m，轨道斜面长l＝1435mm．求这段弯道的设计速度v0是多大？并讨论当火车速度大于v0时对外轨的侧压力和小于v0时对内轨的侧压力．(g取10m/s2)当v>v0时，外轨对外轮边缘产生垂直轨道向内的弹力(侧压力)，此时火车受力如图所示．设火车的质量为m，根据牛顿第二定律，得由此看出，火车的速度v越大，F外越大，铁轨越容易损坏，若F外过大，会造成铁轨的侧向移动，损坏铁轨，造成火车脱轨．可以看出，v越小，F内越大，内轨的磨损也越大，因此在有弯道限速标志的地方一定要遵守规定．【答案】C

火车转弯问题的分析技巧汽车过拱形路面问题的分析例2如图所示，质量m＝2.0×104kg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超过3.0×105N，则汽车允许的最大速率是多少？(g取10m/s2)【解析】如图所示，由受力分析可知，汽车驶至凹形桥面的底部时，合力向上，此时车对桥面压力最大．变式2

(2023年珠海质检)如图是汽车越野赛的一段赛道，一辆质量为m的汽车以相同的水平速度先后通过a、b、c三点，其中a、c为排洪过水的“凹形路面”且a的曲率半径较大，下列说法正确的是

(

)

A．汽车在a点检测到的胎压pa最小B．汽车在b点检测到的胎压pb最大C．汽车在c点检测到的胎压pc最小D．汽车在c点检测到的胎压pc最大【答案】D

核心素养应用实际圆周运动的模型构建如图是过山车和它的简化模型图．过山车问题是典型的竖直平面内的圆周运动．(1)向心力来源：受力如图所示，重力G和支持力FN的合力提供向心力．(2)动力学方程：例3某游乐场中的“过山车”有两个半径分别为r1、r2的圆形轨道，固定在竖直平面内，如图所示，某游客乘坐的小车从倾斜轨道上滑下，连续经过两圆形轨道的最高点O、P时速度大小分别为v1、v2，若在这两点，小车对轨道的压力都为零，则v1∶v2为

(

)【答案】B

例4

(2023年惠州模拟)如图所示，乘坐游乐园的翻滚过山车时，质量为m的人随车在竖直平面内旋转，重力加速度大小为g，下列说法正确的是

(

)A．过山车在最高点时人处于倒坐状态，全靠保险带拉住，没有保险带，人就会掉下来B．人在最高点时对座位不可能产生大小为mg的压力C．人在最低点时对座位的压力等于mgD．人在最低点时对座位的压力大于mg【答案】D

小练·随堂巩固1．在水平面上转弯的摩托车，如图所示，向心力是

(

)A．重力和支持力的合力B．静摩擦力C．滑动摩擦力D．重力、支持力和牵引力的合力【答案】B

【解析】摩托车在水平路面上转弯时受到重力、支持力、牵引力以及指向圆心的静摩擦力，所需的向心力由静摩擦力提供，A、C、D错误，B正确．2．(2023年东莞质检)汽车通过拱形桥时的运动可以看成圆周运动，如图所示，当汽车以一定速度通过圆形拱桥的最高点瞬间，下列说法正确的是

(

)A．桥对汽车的支持力大于汽车的重力B．桥对汽车的支持力小于汽车的重力C．桥对汽车的支持力等于汽车的重力D．桥对汽车的支持力与汽车速度大小无关【答案】B

3．一辆卡车匀速通过如图所示的地段，爆胎可能性最大的位置是

(

)A．a处

B．b处

C．c处

D．d处【答案】D

4．(多选)(2023年茂名电白区期末)弯道跑步时，运动员整个身体要适当地向内侧倾斜，是为了

(

)A．提高跑的速度B．防止甩向弯道外侧C．防止甩向弯道内侧D．利用自身重力提供向心力【答案】AB

【解析】弯道跑步时，运动员整个身体要适当地向内侧倾斜，支持力和静摩擦力的合力方向经过人的重心，因为拐弯靠指向圆心的合力提供向心力，地面对人的作用力方向与地面的倾角越小，即人适当地向内倾斜，可以提高跑步的速度，同时防止指向圆心的合力不够提供向心力，而甩向弯道的外侧，A、B正确，C、D错误．5．(多选)高速公路