生活中的圓周運動+高一下學(xué)期物理人教版（2019）必修第二冊

復(fù)習(xí)提問：1.物體為什么可以做圓周運動？2.向心力有什么作用？3.怎樣計算向心力？向心力Fn與V垂直，只改變v的方向，使之繞圓心O轉(zhuǎn)動。4.向心力怎么來的？合力的分力效果6.4生活中的圓周運動汽車在水平地面上轉(zhuǎn)彎是什么力提供向心力的呢?OmgFNf一、汽車轉(zhuǎn)彎汽車在水平路面上轉(zhuǎn)彎所需要的向心力來源:汽車側(cè)向所受的靜摩擦力。例1、一輛質(zhì)量為1.5t的汽車以36km/h的速度通過半徑為50m的水平彎道時所受到的側(cè)向摩擦力是多少？(設(shè)汽車輪胎和水平地面間的動摩擦因數(shù)為0.25)OmgFNf當(dāng)汽車轉(zhuǎn)彎的半徑一定時,汽車的速度v越大,所需的向心力也越大,靜摩擦力也越大,當(dāng)靜摩擦力為最大靜摩擦力時:

當(dāng)汽車沿圓周轉(zhuǎn)彎時,存在一個安全通過的最大速度,如果超過了這個速度,汽車將發(fā)生側(cè)滑現(xiàn)象。改進(jìn)措施:(1)增大轉(zhuǎn)彎半徑;(2)增加路面的粗糙程度請設(shè)計一個汽車安全通過彎道的方案賽道及公路彎道有什么特點？為什么要這樣設(shè)計？

路面是傾斜的

外高內(nèi)低例2、在高速公路的拐彎處，路面造得外高內(nèi)低，即當(dāng)車向右拐彎時，司機(jī)左側(cè)的路面比右側(cè)的高一些，路面與水平面間的夾角為θ，設(shè)拐彎路段是半徑為R的圓弧，要使車速為v時車輪與路面之間的橫向(即垂直于前進(jìn)方向)摩擦力等于零，tanθ應(yīng)等于多少？㎎FNθF合θ若轉(zhuǎn)彎時車速略超過規(guī)定速度時，受力情況怎樣？O輪緣二、火車轉(zhuǎn)彎1、車輪的結(jié)構(gòu)2、如果火車在水平彎道上轉(zhuǎn)彎，試分析其受力情況及向心力的來源。

火車受重力、支持力和輪緣與外軌擠壓產(chǎn)生的彈力，向心力由輪緣與外軌擠壓產(chǎn)生的彈力提供。F如：火車以半徑R=300m在水平軌道上轉(zhuǎn)彎，火車質(zhì)量為8×105kg，速度為30m/s，需要多大的向心力？相當(dāng)于240噸的物體產(chǎn)生的重力輪緣與外軌擠壓產(chǎn)生的巨大彈力容易損毀鐵道設(shè)施，發(fā)生安全事故。3、實際中的鐵路彎道是如何設(shè)計的？為什么要這樣設(shè)計？

在轉(zhuǎn)彎處外軌略高于內(nèi)軌火車轉(zhuǎn)彎做圓周運動的圓在水平面上還是在斜面上？當(dāng)鐵軌對輪緣沒有擠壓時重力與支持力的合力提供向心力，此時火車的速度為多少？3、實際中的鐵路彎道是如何設(shè)計的？為什么要這樣設(shè)計？

O㎎FNF合θ安全速度例3、火車以半徑R=900m轉(zhuǎn)彎，火車質(zhì)量為8×105kg，速度為30m/s，火車軌距L=1.4m，要使火車通過彎道時僅受重力與軌道的支持力，軌道應(yīng)該墊的高度h？（α較小時tanα=sinα）㎎FNF合α(1)

當(dāng)v=v0時：(2)

當(dāng)v>v0時：(3)

當(dāng)v<v0時：輪緣不受側(cè)向壓力;輪緣受到外軌向內(nèi)的擠壓力;輪緣受到內(nèi)軌向外的擠壓力。F彈F彈2018年12月8日，韓國高鐵脫軌合力F物體維持圓周運動所需要的向心力Fn=mω2r三、離心和近心運動勻速圓周運動離心運動近心運動供需三、離心運動做圓周運動的物體，在所受合外力突然消失或不足以提供圓周運動所需向心力時，就做逐漸遠(yuǎn)離圓心的運動，這種運動就叫離心運動。1、定義：2、本質(zhì)：慣性的表現(xiàn)3、應(yīng)用：離心干燥機(jī)、洗衣機(jī)脫水桶、離心制管技術(shù)等實例離心運動的危害高速轉(zhuǎn)動的砂輪、飛輪等，都不得超過允許的最大轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速過高時，砂輪、飛輪內(nèi)部分子間的相互作用力不足以提供所需的向心力，離心運動會使它們破裂，釀成事故。

同學(xué)們體會過乘車奔馳在高低不平的丘陵地帶探險的滋味嗎？你現(xiàn)在正處于A或B地，有何感覺？四、汽車過橋1、汽車過拱橋例1、有一輛質(zhì)量為800kg的小汽車駛上圓弧半徑為50m的拱橋。（g=10m/s2）（1）汽車到達(dá)橋頂時的速度為5m/s，汽車對橋的壓力是多大？（2）汽車以多大的速度經(jīng)過橋頂時便恰好對橋沒有壓力而騰空？mgFNOrfF失重（3）汽車對地面的壓力過小是不安全的。因此從這個角度講，汽車過橋時的速度不能過大，對于同樣的車速，拱橋圓弧的半徑大些比較安全還是小些比較安全？問題：當(dāng)汽車在最高點對橋的壓力為0時，汽車的速度是多大？這又是一種怎樣的狀態(tài)？此時人對座椅的壓力是多大？從該時刻以后，汽車將做什么運動？還能沿橋面做圓周運動下橋嗎？完全失重狀態(tài)

人對座椅的壓力也是0，人也處于完全失重狀態(tài)汽車將做平拋運動，不能沿橋面下橋了

（4）如果拱橋的半徑增大到與地球半徑R一樣，汽車要在地面上騰空，速度要多大？（已知地球半徑為6400km）此時，駕駛員與座椅間的壓力為多大？駕駛員處于什么狀態(tài)？G人對座椅的壓力也是0，人也處于完全失重狀態(tài)該情景其實已經(jīng)實現(xiàn)，不過不是在汽車上，而是在航天飛機(jī)中．

你見過凹形橋嗎?汽車過水的路面往往設(shè)計成凹的，為什么？

拓展:質(zhì)量為m的汽車以恒定的速率v通過半徑為r的凹形橋面,如圖所示,求汽車在最低點時對橋面的壓力是多大?當(dāng)汽車通過橋最低點時的速度逐漸增大時

Fn和FN怎樣變化?超重mgFNOf汽車過水的路面往往設(shè)計成凹的，為什么？比較三種橋面受力的情況五、豎直平面內(nèi)的圓周運動1、水流星例2、小桶裝有質(zhì)量為0.5kg的水做成水流星，已知水流星繩長0.6m。（g=10m/s2）求：①小桶運動到最高點處的速率至少為多少，水才不掉下來？②水在最高點的速率為3m/s時，水對桶底的壓力大小和方向？例3、乘坐如圖所示游樂園的過山車時，質(zhì)量為m的人隨車在豎直平面內(nèi)沿圓周軌道運動，下列說法正確的是（）A．車在最高點時人處于倒坐狀態(tài)，全靠保險帶拉住，若沒有保險帶，人一定會掉下去B．人在最高點時對座位仍可能產(chǎn)生壓力，且壓力不一定小于mgC．人在最低點時對座位的壓力大于mgD．人在最高點和最低點時的向心加速度大小相同mg活學(xué)活用2：長為0.5m的輕桿的一端固定在O