2020版高中物理第五章曲线运动7生活中的圆周运动课件新人教版必修2.ppt

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1、7.生活中的圆周运动一、铁路的弯道1.火车车轮的结构特点:火车的车轮上有突出的轮缘,火车行驶时,有轮缘的一侧在轨道内。作用:有助于固定运动轨迹。2.火车在弯道上的运动特点:圆周运动,有指向圆心的向心加速度。3.向心力的来源:当内外轨一样高时,___________的_____提供向心力。当内外轨有高度差时,依据规定的速度行驶,____________________提供向心力。外轨对轮缘弹力重力与支持力的合力二、拱形桥汽车过凸形桥汽车过凹形桥受力分析向心力Fn=_____=mFn=_____=mmg-FNFN-mg汽车过

2、凸形桥汽车过凹形桥对桥的压力FN′=_________FN′=_________结　论汽车对桥的压力小于汽车的重力,而且汽车速度越大,对桥的压力_____汽车对桥的压力大于汽车的重力,而且汽车速度越大,对桥的压力_____越小越大三、航天器中失重现象【思考】物体放在水平桌面上,它会对桌面产生压力;如果航天器绕地球做圆周运动,那么航天器中的物体会对航天器产生压力吗?提示:航天器中的物体不会对航天器产生压力。1.向心力分析:宇航员受到的_________与__________________的合力为他提供向心力。_____=

3、2.失重状态:当v=____时,座舱对宇航员的支持力为零,宇航员处于完全失重状态。地球引力座舱对他的支持力mg-FN四、离心运动1.涵义:物体沿_________飞出或做逐渐远离圆心的运动。2.原因:向心力突然消失或_____________提供所需要的向心力。切线方向合外力不足以一　火车转弯问题1.铁路的弯道:(1)如果铁路弯道的内外轨一样高,外侧车轮的轮缘挤压外轨,使外轨发生弹性形变,外轨对轮缘的弹力就是火车转弯的向心力,如图甲所示,但是火车的质量很大,靠这种办法得到向心力,轮缘与外缘间的相互作用力太大,铁轨和车轮极

4、易受损。(2)如果在弯道处使外轨略高于内轨,如图乙所示,火车转弯时铁轨对火车的支持力FN的方向不再是竖直的,而是指向斜向弯道的内侧,它与重力的合力指向圆心,为火车转弯提供了全部或部分向心力,减轻了轮缘与外轨的挤压。2.火车转弯时的规定速度:(1)相关物理量:若火车转弯时的向心力完全由重力mg和支持力FN的合力提供,设内、外轨间的距离为L,两轨高度差为h,火车转弯半径为R,火车的质量为m。(2)理论分析:根据几何关系知sinθ=;由图示火车的受力情况可得,tanθ=当θ很小时,近似认为sinθ=tanθ,即所以F合=mg。

5、由向心力公式知,F合=所以得v0=。由于铁轨建成后,h、L、R各量是确定的,故火车转弯时恰对轨道无侧压力时的车速应是一个定值,即规定速度。(3)速度关系:①当火车转弯时的速度v=v0时,轮缘对内、外轨均无侧向压力。②当火车转弯速度v>v0时,外轨对轮缘有向里的侧压力。③当火车转弯速度v

6、力。(2)高速列车转弯时速度过大或过小,会对哪侧的轨道有侧压力?(科学思维)提示:①速度过大,对外侧轨道有侧压力。②速度过小,对内侧轨道有侧压力。【典例示范】(多选)在修筑铁路时,弯道处的外轨会略高于内轨。如图所示,当火车以规定的行驶速度转弯时,内、外轨均不会受到轮缘的挤压,设此时的速度大小为v,重力加速度为g,两轨所在面的倾角为θ,则世纪金榜导学号()A.该弯道的半径r=B.当火车质量改变时,规定的行驶速度大小不变C.当火车速率大于v时,内轨将受到轮缘的挤压D.当火车速率小于v时,外轨将受到轮缘的挤压【解析】选A、B。

7、火车拐弯时不侧向挤压车轮轮缘,靠重力和支持力的合力提供向心力,设转弯处斜面的倾角为θ,根据牛顿第二定律得:mgtanθ=m,解得:r=,故A项正确;根据牛顿第二定律得:mgtanθ=m,解得:v=,可知火车规定的行驶速度与质量无关,故B项正确;当火车速率大于v时,重力和支持力的合力不够提供向心力,此时外轨对火车有侧压力,轮缘挤压外轨,故C项错误;当火车速率小于v时,重力和支持力的合力大于所需的向心力,此时内轨对火车有侧压力,轮缘挤压内轨,故D项错误。【定向训练】1.(2019·唐山高一检测)山城重庆的轻轨交通颇有山城特色

8、,由于地域限制,弯道半径很小,在某些弯道上行驶时列车的车身严重倾斜。每到这样的弯道乘客都有一种坐过山车的感觉,很是惊险刺激。假设某弯道铁轨是圆弧的一部分,转弯半径为R,重力加速度为g,列车转弯过程中倾角(车厢地面与水平面夹角)为θ,则列车在这样的轨道上转弯行驶的安全速度(轨道不受侧向挤压)为()【解析】选C。列车在这