物理第三节 生活中的圆周运动授课课件ppt

这是一份物理第三节 生活中的圆周运动授课课件ppt，共39页。PPT课件主要包含了圆周运动，静摩擦力，外高内低，重力和支持，力的合力，重力G，支持力FN，向心力，mg－FN，FN－mg等内容，欢迎下载使用。

(2)火车转弯。①运动情况：相当于做 。②弯道的内外轨一样高：由 对轮缘的弹力提供向心力，如图甲所示，这样铁轨和车轮极易受损，还可能使火车侧翻。③弯道的外轨略高于内轨：如果依据规定的行驶速度行驶，转弯时向心力几乎完全由 和 的合力提供，如图乙所示。
(3)铁路弯道的特点。①转弯处 略高于 。②铁轨对火车的支持力不是竖直向上的，而是斜向弯道 。③铁轨对火车的支持力与火车所受重力的合力指向轨道的 ，它提供了火车以规定速度行驶时的 。
2．判一判(1)汽车转弯可以简化为水平面上的圆周运动。 ( )(2)火车转弯处的轨道内轨要高于外轨。 ( )(3)火车转弯时的向心力是由铁轨与车轮间的挤压力提供的。 ( )(4)火车通过弯道时具有速度的限制。 ( )3．想一想火车静止在转弯处时，合力为零，若火车按照规定的速度转弯时，其合力也是零吗？提示：此时火车具有向心加速度，其合力沿水平方向指向轨道的内侧。
二、汽车过拱形与凹形路面1．填一填
2.判一判(1)汽车在拱形路面上行驶，速度较小时，对路面的压力大于车的重力。( )(2)汽车在水平路面上加速行驶时对水平路面的压力大于车的重力。 ( )(3)汽车过凹形路面底部时，对路面的压力大于车的重力。 ( )
探究(一)　　火车转弯问题[问题驱动]火车在铁轨上转弯可以看成是匀速圆周运动，如图所示，请思考下列问题：(1)火车转弯处的铁轨有什么特点？火车受力如何？运动特点如何？提示：火车转弯处的外轨高于内轨；由于外轨高于内轨，火车所受支持力的方向斜向上，火车所受支持力与重力的合力可以提供向心力；火车在行驶的过程中，中心的高度不变，故火车在同一水平面内做匀速圆周运动，即火车的向心加速度和向心力均沿水平面指向圆心。
(2)火车以规定的速度转弯时，什么力提供向心力？提示：火车以规定的速度转弯时，重力和支持力的合力恰好提供向心力。(3)火车转弯速度过大时，会对哪侧轨道有侧压力？ 提示：当火车转弯速度过大时，重力和支持力的合力不足以提供向心力，此时火车对外侧轨道有向外的侧向压力。(4)火车转弯速度过小时，又会对哪侧轨道有侧压力？提示：当火车转弯速度过小时，重力和支持力的合力大于所需向心力，此时火车对内侧轨道有向里的侧向压力。　　　　　　　　　　　
[重难释解]1．火车车轮的特点火车的车轮有凸出的轮缘，火车在铁轨上运行时，车轮与铁轨有水平与竖直两个接触面，这种结构特点，主要是避免火车运行时脱轨，如图所示。2．轨道分析火车在转弯过程中，运动轨迹是一段水平圆弧。由于火车转弯过程中重心高度不变，故火车轨迹所在的平面是水平面，而不是斜面；火车的向心加速度和向心力均沿水平面指向圆心。
3．向心力分析火车速度合适时，火车受如图所示的重力和支持力作用，火车转弯所需的向心力完全由重力和支持力的合力提供，合力沿水平方向，大小F＝mgtan θ。
某铁路转弯处的圆弧半径是300 m，铁轨的轨距是1 435 mm，火车通过这里的规定速度是72 km/h。(1)求内外轨的高度差。(2)保持内外轨的这个高度差，如果列车通过转弯处的速度大于或小于72 km/h，分别会发生什么现象？说明理由。
[迁移·发散]如果该弯道的内外轨一样高，火车质量为100 t，仍以规定速度72 km/h通过该弯道，其向心力来源是什么？向心力的大小是多少？会产生什么后果？
火车转弯问题的解题策略 (1)对火车转弯问题一定要搞清合力的方向，指向圆心方向的合外力提供火车做圆周运动的向心力，方向指向水平面内的圆心。(2)弯道两轨在同一水平面上时，向心力由外轨对轮缘的挤压力提供。(3)当外轨高于内轨时，向心力由火车的重力和铁轨的支持力以及内、外轨对轮缘的挤压力的合力提供，这还与火车的速度大小有关。 
[素养训练]1．[多选]在铁路转弯处，往往使外轨略高于内轨，这是为了(　　)A．增加火车轮子对外轨的挤压B．增加火车轮子对内轨的挤压C．使火车车身倾斜，利用重力和支持力的合力提供转弯所需的向心力D．限制火车向外脱轨解析：火车轨道建成外高内低，火车转弯时，轨道的支持力与火车的重力两者的合力指向弧形轨道的圆心，为火车转弯提供了(部分)向心力，减轻了轮缘与外轨的挤压，同时在一定程度上限制了火车转弯时发生离心运动，即限制火车向外脱轨，故C、D正确。答案：CD　
2．[多选] 如图所示，铁路转弯处外轨应略高于内轨，火车必须按规定的速度行驶，则转弯时 (　　)A．火车所需向心力沿水平方向指向弯道内侧B．弯道半径越大，火车所需向心力越大C．火车的速度若小于规定速度，火车对外侧铁轨挤压D．火车若要提速行驶，弯道的坡度应适当增大
探究(二)　汽车过拱形与凹形路面问题[问题驱动]如图甲、乙所示为汽车在拱形与凹形路面上行驶的示意图，汽车行驶时可以看作圆周运动。(1)如图甲，汽车行驶到拱形路面的最高点时：①什么力提供向心力？汽车对路面的压力有什么特点？②汽车对路面的压力与车速有什么关系？汽车安全通过拱形路面最高点(不脱离路面)行驶的最大速度是多大？
(2)当汽车行驶到凹形路面的最底端时，什么力提供向心力？汽车对路面的压力有什么特点？
[重难释解]汽车过拱形与凹形路面问题的比较
如图所示，质量m＝2.0×104 kg的汽车以不变的速率先后驶过凹形路面和凸形路面，两路面的圆弧半径均为60 m。如果路面承受的压力不得超过3.0×105N(g取10 m/s2)，则汽车允许的最大速率是多少？
[迁移·发散]在上述典例中，若以所求速率行驶，汽车对路面的最小压力是多少？
[素养训练]1. 如图所示，汽车以一定的速度经过一个圆弧形桥面的顶点时，关于汽车的受力及汽车对桥面的压力情况，以下说法不正确的是(　　)A．在竖直方向汽车受到三个力：重力、桥面的支持力和向心力B．在竖直方向汽车可能只受两个力：重力和桥面的支持力C．在竖直方向汽车可能只受重力D．汽车对桥面的压力小于汽车的重力
2．如图所示，汽车在炎热的夏天沿不规整的曲面行驶，其中最容易发生爆胎的点是(汽车运动速率不变)(　　)A．a点 B．b点 C．c点 D．d点
3．如图所示，是一座半径为40 m的圆弧形拱形桥。一质量为1.0×103 kg的汽车，行驶到拱形桥顶端时，汽车运动速度为10 m/s；则此时汽车运动的向心加速度为多大？向心力大小为多大？汽车对桥面的压力是多少？(g取10 m/s2)
一、培养创新意识和创新思维如图所示，地球可以看作一个巨大的拱形桥，桥面半径等于地球半径，试讨论：(1)地面上有一辆汽车在行驶，地面对它的支持力与汽车的速度有何关系？驾驶员在行驶过程中处于超重状态还是失重状态？驾驶员能感受到吗？(2)假设地球的半径R＝6 400 km，g＝10 m/s2，汽车以多大的速度行驶时，驾驶员会处于完全失重状态？
二、注重学以致用和思维建模1．(2023·广东1月学考)如图所示，一物体从固定的光滑圆弧轨道上端由静止下滑，当物体滑到轨道最低点时，下列说法正确的是(　　)A．物体处于超重状态B．物体处于平衡状态C．物体对轨道的压力等于物体的重力D．物体对轨道的压力大于轨道对物体的支持力