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《2020_2021学年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2202102242184.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、7.生活中的圆周运动必备知识·自主学习一、铁路的拐弯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、拱形桥三、航天器中的失重现象【情境思考】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
2、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。_____=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.定义:在做圆周运动时,由于合外力提供的向心力消失或不足,以致物体沿圆周运动的切线方向飞出或远离圆心而去的运动。2.原因:合外力提供的向心力_____或不足。3.应用:(1)离心机械:利用_____运动的机械。(2)应
3、用:洗衣机的脱水筒,科研生产中的离心机。消失离心【易错辨析】(1)火车弯道的半径很大,故火车转弯需要的向心力很小。()(2)汽车过凸形桥或凹形桥时,向心加速度的方向都是向上的。()(3)汽车驶过凹形桥最低点时,对桥的压力一定大于重力。()(4)航天器中宇航员处于完全失重状态,所受合力为零。()××√×关键能力·合作学习知识点一 火车拐弯问题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
4、互作用力太大,铁轨和车轮极易受损。(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
5、=mg。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v6、大挤压外轨,速度过小挤压内轨。【典例示范】【典例】中国已进入动车时代,在某轨道拐弯处,动车向右拐弯,左侧的路面比右侧的路面高一些,如图所示,动车的运动可看作是做半径为R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,要使动车轮缘与内、外侧轨道无挤压,则动车拐弯时的速度应为()【解析】选B。把路基看作斜面,设其倾角为α,如图所示,动车在斜面上受到自身重力mg和斜面支持力F,二者的合力提供向心力,即指向水平方向。根据几何关系可得合力为mgtanα,即向心力,所以mgtanα=m,计算得v=根据路基的高
7、和水平宽度得tanα=,代入得v=,B正确,故选B。【素养训练】1.(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()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。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
8、,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
