生活中的圓周運(yùn)動(dòng)課件-2023-2024學(xué)年高一下學(xué)期物理人教版（2019）必修第二冊

第六章圓周運(yùn)動(dòng)第4節(jié)生活中的圓周運(yùn)動(dòng)一、火車轉(zhuǎn)彎的臨界速度的推導(dǎo)我們先假設(shè)火車某次過傾角為θ的彎道時(shí)，火車與軌道之間沒有擠壓，求此時(shí)的速度v0：mgF合θhL火車轉(zhuǎn)彎時(shí)速度和輪緣與軌道之間的相互作用由以上分析可以看到，根據(jù)彎道半徑和規(guī)定的行駛速度，選擇合適的內(nèi)外軌的高度差h,可以使火車轉(zhuǎn)彎時(shí)所需向心力幾乎完全由重力和支持力的合力提供（3）如果火車行駛速度v<v0（2）如果火車行駛速度v>v0mgF合θF1F2輪緣受到外軌向內(nèi)的擠壓力,外軌易損壞。（1）如果火車行駛速度v=v0輪緣不受側(cè)向壓力,最安全的轉(zhuǎn)彎速度輪緣受到內(nèi)軌向外的擠壓力,內(nèi)軌易損壞。鐵路彎道處超速是火車脫軌和翻車的主要原因例1：火車轉(zhuǎn)彎可近似看成是做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。當(dāng)火車以規(guī)定速度行駛時(shí)，內(nèi)外軌道均不受側(cè)向擠壓?，F(xiàn)要降低火車轉(zhuǎn)彎時(shí)的規(guī)定速度，須對(duì)鐵路進(jìn)行改造，從理論上講以下措施可行的是()A．減小內(nèi)外軌的高度差 B．增加內(nèi)外軌的高度差C．減小彎道半徑 D．增大彎道半徑

例2：鐵路在彎道處的內(nèi)外軌道高度是不同的，已知內(nèi)外軌道平面與水平面的夾角為θ，如圖所示，彎道處的圓弧半徑為R，若質(zhì)量為m的火車轉(zhuǎn)彎時(shí)速度等于

，則()A．內(nèi)軌對(duì)內(nèi)側(cè)車輪輪緣有擠壓B．外軌對(duì)外側(cè)車輪輪緣有擠壓C．這時(shí)鐵軌對(duì)火車的支持力等于D．這時(shí)鐵軌對(duì)火車的支持力大于例3：公路急轉(zhuǎn)彎處通常是交通事故多發(fā)地帶.某公路急轉(zhuǎn)彎處是一圓弧，當(dāng)汽車行駛的速率為v0時(shí)，汽車恰好沒有向公路內(nèi)外兩側(cè)滑動(dòng)的趨勢.則在該彎道處()A.路面外側(cè)高、內(nèi)側(cè)低B.車速只要低于v0，車輛便會(huì)向內(nèi)側(cè)滑動(dòng)C.車速雖然高于v0，但只要不超出某一最高限度，車輛便不會(huì)向外側(cè)滑動(dòng)D.當(dāng)路面結(jié)冰時(shí)，與未結(jié)冰時(shí)相比，v0的值變小二、汽車過拱形橋質(zhì)量為m的汽車在拱形橋上以速度v行駛，若橋面的圓弧半徑為R，試畫出受力分析圖，分析汽車通過橋的最高點(diǎn)時(shí)對(duì)橋的壓力．

mgFNa由牛頓第三定律得，汽車通過橋的最高點(diǎn)時(shí)對(duì)橋的壓力：

汽車過凹形橋下面自己分析汽車通過凹形橋最低點(diǎn)時(shí)，汽車對(duì)橋的壓力比汽車的重力大些還是小些?mgFNa由牛頓第三定律得，汽車通過橋的最高點(diǎn)時(shí)對(duì)橋的壓力

例4：地球可以看成一個(gè)巨大的拱形橋，橋面半徑R＝6400km，地面上行駛的汽車中駕駛員的重力G＝800N，在汽車不離開地面的前提下，下列分析中正確的是()A.汽車的速度越大，則汽車對(duì)地面的壓力也越大B.不論汽車的行駛速度如何，駕駛員對(duì)座椅壓力大小都等于800NC.只要汽車行駛，駕駛員對(duì)座椅壓力大小都小于他自身的重力D.如果某時(shí)刻速度增大到使汽車對(duì)地面壓力為零，則此時(shí)駕駛員會(huì)有超重的感覺例5：質(zhì)量m＝2.0×104kg的汽車以不變的速率先后駛過凹形橋面和凸形橋面，兩橋面的圓弧半徑均為60m，如果橋面能承受的壓力不超過3.0×105N，則：(g取10m/s2)(1)汽車允許的最大速率是多少？(2)若以所求速率行駛，汽車對(duì)橋面的最小壓力是多少？三、航天器中的失重現(xiàn)象1．航天器在近地軌道的運(yùn)動(dòng)(1)對(duì)航天器，在近地軌道可認(rèn)為地球的萬有引力等于其重力，重力充當(dāng)向心力，滿足的關(guān)系為(2)對(duì)航天員，由重力和座椅的支持力提供向心力，滿足的關(guān)系為mg－FN＝

，由以上兩式可得FN＝0，航天員處于完全失重狀態(tài)，對(duì)座椅壓力為零．(3)航天器內(nèi)的任何物體之間均沒有壓力．例6：(多選)航天飛機(jī)在圍繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)過程中，關(guān)于航天員，下列說法中正確的是(

)A.航天員受到的重力消失了B.航天員仍受重力作用，重力提供其做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力C.航天員處于超重狀態(tài)D.航天員對(duì)座椅的壓力為零例7：蕩秋千是兒童喜愛的一項(xiàng)體育運(yùn)動(dòng)，(不計(jì)空氣阻力)下列說法正確的是(

)A．小孩運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)時(shí)，小孩的合力為零B．小孩運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)時(shí)處于失重狀態(tài)C．小孩運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)時(shí)處于失重狀態(tài)D．小孩運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)時(shí)，小孩的重力和繩子拉力提供圓周運(yùn)動(dòng)的向心力質(zhì)量為m的物體放在圓形桌面上，離圓心的距離為r，如果最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力，求mgFNf當(dāng)v>v0，合力不足以提供物體做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，物體將遠(yuǎn)離圓心，而“飛出去”。三、物體發(fā)生滑動(dòng)的臨界條件例8：在冬奧會(huì)短道速滑項(xiàng)目中，運(yùn)動(dòng)員繞周長僅111米的短道競賽.比賽過程中運(yùn)動(dòng)員在通過彎道時(shí)如果不能很好地控制速度，將發(fā)生側(cè)滑而摔離正常比賽路線.圓弧虛線Ob代表彎道，即正常運(yùn)動(dòng)路線，Oa為運(yùn)動(dòng)員在O點(diǎn)時(shí)的速度方向(研究時(shí)可將運(yùn)動(dòng)員看做質(zhì)點(diǎn)).下列論述正確的是()A.發(fā)生側(cè)滑是因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)員受到的合力方向背離圓心B.發(fā)生側(cè)滑是因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)員受到的合力大于所需要的向心力C.若在O點(diǎn)發(fā)生側(cè)滑，則滑動(dòng)的方向在Oa左側(cè)D.若在O點(diǎn)發(fā)生側(cè)滑，則滑動(dòng)的方向在Oa右側(cè)與Ob之間例9：思考判斷(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”)(1)火車彎道的半徑很大，故火車轉(zhuǎn)彎需要的向心力很?。?/p>

(

)(2)火車轉(zhuǎn)彎時(shí)的向心力是車軌與車輪間的擠壓提供的．

(

)(3)汽車駛過凹形橋低點(diǎn)時(shí)，對(duì)橋的壓力一定大于重力．

(

)(4)繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的航天器中的宇航員及所有物體均處于完全失重狀態(tài)． (

)(5)做離心運(yùn)動(dòng)的物體沿半徑方向遠(yuǎn)離圓心． (

)例10：關(guān)于離心運(yùn)動(dòng)，下列說法不正確的是()A．做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體，向心力的數(shù)值發(fā)生變化可能將做離心運(yùn)動(dòng)B．做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體，在外界提供的向心力突然變大時(shí)將做近心運(yùn)動(dòng)C．物體不受外力，可能做勻速圓周運(yùn)動(dòng)D．做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體，在外界提供的力消失或變小將做離心運(yùn)動(dòng)例11：質(zhì)量相等的汽車甲和汽車乙，以相等的速率沿同一水平彎道做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，汽車甲在汽車乙的外側(cè).兩車沿半徑方向受到的摩擦力分別為Ff甲和Ff乙.以下說法正確的是()A.Ff甲小于Ff乙B.Ff甲等于Ff乙C.Ff甲大于Ff乙D.Ff甲和Ff乙的大小均與汽車速率無關(guān)例12：如圖所示，汽車在炎熱的夏天沿不平的曲面行駛，其中最容易發(fā)生爆胎的點(diǎn)是(假定汽車運(yùn)動(dòng)速率va＝vc，vb＝vd)()A．a(chǎn)點(diǎn)B．b點(diǎn)C．c點(diǎn)D．d點(diǎn)例13：如圖所示，在勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的洗衣機(jī)脫水筒內(nèi)壁上，有一件濕衣服隨圓筒一起轉(zhuǎn)動(dòng)而未滑動(dòng)，則(

)A．衣服隨脫水筒做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由衣服的重力提供B．水會(huì)從脫水筒甩出是因?yàn)樗问艿降南蛐牧艽驝．加快脫水筒轉(zhuǎn)動(dòng)角速度，衣服對(duì)筒壁的壓力增大D．加快脫水筒轉(zhuǎn)動(dòng)角速度，脫水效果會(huì)更好

例15：在粗糙水平木板上放一個(gè)物塊，使