2.3 生活中的圆周运动 课件-2021-2022学年高一下学期物理粤教版（2019）必修第二册（25张PPT）

(共25张PPT)
第三节
生活中的圆周运动
向心力
方向：
总指向圆心，时刻改变
大小：
作用效果：
只改变线速度方向，不改变线速度大小。
效果力
向心加速度
方向：
总指向圆心，时刻改变
大小：
物理意义：
描述物体在做圆周运动时，速度方向变化快慢的物理量
温故知新
汽车经过弯道要注意什么？
火车轨道转弯处为何外高内低？
车辆通过拱桥时为何必须减速慢行？
观察与思考
以上生活当中的例子有什么共同点？
物体的实际运动路径都可以看作圆弧的一部分
一、公路转弯
1. 水平路面转弯
请分析汽车的受力情况
模型分析
向心力来源：
转弯速度：
地面对车辆的静摩擦力提供车辆转弯所需的向心力
在汽车不打滑的情况下，f指的是静摩擦力
一、公路转弯
1. 水平路面转弯
思考：为什么下雨天在转弯处容易引发交通事故？
一、公路转弯
1. 水平路面转弯
思考：为什么下雨天在转弯处容易引发交通事故？
雨天路面对车辆的最大静摩擦力比干燥地面小，允许通过弯道的最大速度变小
车辆转弯要控制速度，防止侧滑
一、公路转弯
有什么办法可以让汽车更安全地通过弯道且不需要大幅度减速？
采用外高内低的倾斜路面结构
一、公路转弯
2. 倾斜路面转弯
请分析汽车的受力情况
模型分析
向心力来源：
转弯速度：
重力与支持力的合力提供车辆转弯所需的向心力
此时车辆与路面之间恰好无摩擦力
一、公路转弯
2. 倾斜路面转弯
① 若
所需向心力
增大
② 若
所需向心力
减小
汽车受到指向轨迹内侧的摩擦力
汽车受到指向轨迹外侧的摩擦力
如果通过弯道时车辆速度，车辆的受力情况会有什么变化？
二、铁路转弯
1. 水平轨道转弯
火车的车轮与汽车的车轮不同，火车在铁路弯道处是如何转弯的？
二、铁路转弯
1. 水平轨道转弯
外侧车轮的轮缘与外轨相互挤压，外轨对轮缘的横向力提供火车转弯的向心力
二、铁路转弯
2. 倾斜轨道转弯
目的：减少车轮的磨损
模型分析
若要求轮缘与轨道无挤压，火车的转弯速度大小是？
向心力来源：
转弯速度：
重力与支持力的合力提供火车转弯所需的向心力
（火车重心轨迹在同一水平面上）
二、铁路转弯
2. 倾斜轨道转弯
模型分析
① 若
所需向心力
增大
② 若
所需向心力
减小
外轨道对轮缘有侧压力
如果通过弯道时火车速度，火车的受力情况会有什么变化？
内轨道对轮缘有侧压力
三、拱形与凹形路面
1. 拱形路面
在坐车通过拱形桥面时，你有什么感觉？
会有飘起来的感觉
三、拱形与凹形路面
1. 拱形路面
请分析汽车在路面最高点的受力情况
模型分析
向心力来源：
转弯速度：
向心力方向：
汽车通过拱形路面时处于失重状态
重力与支持力的合力提供车辆通过拱形路面所需的向心力
向下
三、拱形与凹形路面
模型分析
当车辆与路面无接触时，
① 若
所需向心力
重力
汽车恰好要脱离路面，
② 若
所需向心力
汽车紧贴路面通过最高点，
③ 若
所需向心力
增大
汽车脱离路面做平抛运动，
车辆在竖直方向上只受重力作用
三、拱形与凹形路面
2. 凹形路面
请分析汽车在最低点的受力情况
模型分析
向心力来源：
重力与支持力的合力提供车辆通过拱形路面所需的向心力
转弯速度：
向心力方向：
汽车通过凹形路面时处于超重状态
向上
三、拱形与凹形路面
2. 凹形路面
请分析汽车在最低点的受力情况
模型分析
向心力来源：
重力与支持力的合力提供车辆通过拱形路面所需的向心力
转弯速度：
向心力方向：
汽车通过凹形路面时处于超重状态
向上
练一练
【例1】一质量为2.0×103 kg的汽车在水平公路上行驶，路面对轮胎的径向最大静摩擦力为1.4×104 N，当汽车经过半径为80 m的弯道时，下列判断正确的是(　　)
A.汽车转弯时所受的力有重力、弹力、摩擦力和向心力
B.汽车转弯的速度为20 m/s时所需的向心力为1.4×104 N
C.汽车转弯的速度为20 m/s时汽车会发生侧滑
D.汽车能安全转弯的向心加速度不超过7.0 m/s2
D
练一练
【例2】在高速公路的拐弯处，通常路面都是外高内低。如图所示，在某路段汽车向左拐弯，司机左侧的路面比右侧的路面低一些，汽车的运动可看作是做半径为R的在水平面内的圆周运动。设内、外路面高度差为h，路基的水平宽度为d，路面的宽度为L，已知重力加速度为g。要使车轮与路面之间的横向摩擦力(即垂直于前进方向)等于零，则汽车转弯时的车速应等于(　　)
A.
B.
C.
D.
B
练一练
【例3】 (2021·内蒙古林东一中高一下学期期中)铁路在弯道处的内外轨道高度是不同的，已知内外轨道平面与水平面的夹角为θ，如图所示，弯道处的圆弧半径为R，若质量为m的火车转弯时速度等于，则(　　)
A.内轨对内侧车轮轮缘有挤压
B.外轨对外侧车轮轮缘有挤压
C.这时铁轨对火车的支持力等于
D.这时铁轨对火车的支持力大于
C
练一练
【例4】 (2021·湖北沙市中学高一下学期期中)如图所示，当汽车通过拱桥顶点的速度为10 m/s时，车对桥顶的压力为车重的。如果要使汽车在粗糙的桥面行驶至桥顶时，不受摩擦力作用，则汽车通过桥顶的速度应为(g＝10 m/s2)(　　)
A.15 m/s B.20 m/s C.25 m/s D.30 m/s
B
练一练
19．我们常常在公园和古村落中见到拱形桥，如图甲所示。若一质量为m=1.2×103 kg 的汽车，以v=10 m/s 的速度经过半径为 R=40 m的拱形桥最高点，如图乙所示，取g=10 m/s2 。求
（1）汽车对桥的压力FN的大小；
（2）为保证汽车安全经过桥顶，汽车经过桥顶的最大速度vm是多大。
练一练