人教版高中物理必修第二册精品课件 第6章 圆周运动 4 生活中的圆周运动.ppt

123455.(汽车转弯问题与离心现象的综合)(2023山东聊城高一期中)新环线的建成通车,有效缓解了市内交通压力。如图所示,四环线上一个大圆弧形弯道,公路外侧路基比内侧路基高。当汽车以速度vc行驶时,汽车恰好没有向公路内外两侧滑动的趋势。则()A.当路面结冰时与未结冰时相比,vc的值变小B.只要车速低于vc,汽车就向内侧滑动C.车速高于vc,汽车可能向外侧滑动D.要使汽车在转弯过程中不打滑,车速不能大于vcC12345解析当汽车以速度vc行驶时,汽车恰好没有向公路内外两侧滑动的趋势,此时重力和支持力的合力刚好提供向心力,当路面结冰时与未结冰时相比,重力和支持力的合力没有变化,可知vc的值不变,A错误;车速低于vc时,重力和支持力的合力大于所需的向心力,汽车有向内侧滑动的趋势,此时路面对汽车有向外侧的静摩擦力,汽车可能并不会向内侧滑动,B错误;车速高于vc时,重力和支持力的合力小于所需的向心力,汽车有向外侧滑动的趋势,此时路面对汽车有向内侧的静摩擦力,汽车可能并不会向外侧滑动,车速越大,路面对汽车向内侧的静摩擦力也越大,当静摩擦力达到最大值时,车速如果更大,汽车将向外侧滑动,C正确,D错误。应用体验【例1】(2023广东佛山高一期末)如图所示,列车在拐弯时,弯道处的外轨会略高于内轨。当列车以“规定的行驶速度”v0经过弯道时,内、外轨均不会受到轮缘的挤压。若两轨道所在平面的倾角为θ,重力加速度为g,请你简要解答以下问题。(1)当列车过弯速率大于v0时,轮缘将对哪一侧的轨道有挤压?请分析说明原因;(2)列车分别在满载和空载两种情况下(忽略重心位置变化)经过弯道时,其“规定的行驶速度”是否相同?请通过推导说明;(3)为了进一步提高列车经过弯道时的“规定的行驶速度”,可以对铁路的弯道处进行哪些改造?举例并说明原因。答案(1)轮缘将对外侧的轨道有挤压力,原因见解析(2)相同,推导过程见解析(3)一是增大弯道的半径,二是增加内外轨道的高度差,原因见解析解析(1)当列车过弯速率等于v0时,向心力由重力及轨道的支持力的合力提供,如图所示当列车过弯速率大于v0时,所需要的向心力大于mgtanθ,根据轨道及车轮结构知,外侧轨道给轮缘一个向内的挤压力,其沿半径方向的分力与mgtanθ共同提供向心力,且随着速度的增大,挤压力增大,超过一定限度,车辆会有向外侧翻的危险。根据牛顿第三定律知,轮缘将对外侧的轨道有挤压力。这个速度与质量无关,所以列车分别在满载和空载两种情况下经过弯道时,其“规定的行驶速度”是相同的。(3)根据v=可知,速度与弯道半径及倾角有关,所以,有两种方法提高速度,一是增大弯道的半径,二是增加内外轨道的高度差,使两轨道所在平面的倾角θ增大。方法技巧火车转弯问题的两点注意(1)合力的方向:火车转弯时,火车所受合力沿水平方向指向圆心,而不是沿轨道斜面向下。因为火车转弯的圆周平面是水平面,不是斜面,所以火车所受的向心力即合力应沿水平面指向圆心。(2)规定速度的唯一性:火车轨道转弯处的规定速率一旦确定则是唯一的,火车只有按规定的速率转弯,内外轨才不受火车的挤压作用。速率过大时,由重力、支持力及外轨对轮缘的弹力的合力提供向心力;速率过小时,由重力、支持力及内轨对轮缘的弹力的合力提供向心力。对点演练1.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。要使车轮与路面之间的横向摩擦力(即垂直于前进方向的摩擦力)等于零,则汽车转弯时的车速应等于()A解析由题意可知,要使车轮与路面之间的横向摩擦力(即垂直于前进方向的摩擦力)等于零,则转弯所需向心力全部由重力和支持力的合力提供,则探究点二汽车过拱形桥问题分析导学探究(1)用两根铁丝弯成如图所示的凹凸桥。把一个小球放在凹桥底部A,调节两轨间的距离,使小球刚好不掉下去,但稍加一点压力,小球就会撑开两轨下落。让小球从斜轨滚下,当小球经过凹桥底部时,你看到了什么?凹凸桥实验装置要点提示小球经过凹桥底部时,从两轨之间掉了下来。要点提示小球经过凸桥顶端时,没有掉下来。(2)把凹桥下的搭钩扣上,并让小球在凸桥顶端B静止放置时,刚好能撑开两轨下落。然后,让小球再从斜轨滚下,当球经过凸桥顶端时,你又看到了什么?知识归纳汽车过拱形桥与凹形路面的比较应用体验【例2】如图所示,质量m=2.0×104kg的汽车以不变的速率先后驶过凹形路面和拱形桥,路面和桥面的圆弧半径均为20m。如果桥面承受的压力不得超过3.0×105N,则:(