粤教版高中物理必修第二册精品课件 第2章 圆周运动 第三节 生活中的圆周运动.ppt

探究点二铁路弯道导学探究如图为高速运动的过山车,为什么过山车的轨道左右是倾斜的?提示轨道左右倾斜是为了给车辆及乘客提供侧向支持力,支持力与重力的合力提供圆周运动所需的向心力.知识归纳1.弯道的特点铁路弯道处,外轨高于内轨,若火车按规定的速度v0行驶,转弯所需的向心力2.速度与轨道压力的关系(1)当火车行驶速度v等于规定速度v0时,所需向心力仅由重力和支持力的合力提供,此时内外轨道对火车无挤压作用.(2)当火车行驶速度vv0时,外轨道对轮缘有侧压力.(3)当火车行驶速度vv0时,内轨道对轮缘有侧压力.典例剖析【例题2】如图所示,铁路转弯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.两轨道所在平面的倾角为θ,重力加速度为g.(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?为什么?请分析说明.(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“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.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,受力如图所示,有,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压力,其沿半径方向的分力与mgtanθ共同提供向心力.根据牛顿第三定律知,轮缘将对外侧的轨道有压力.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)根据可知,速度与弯道半径及倾角有关,所以有两种方法提高“规定的行驶速度”,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.答案见解析易错提醒火车转弯问题的两点注意(1)向心力的方向:火车转弯时,火车所需向心力沿水平方向指向圆心,而不是沿轨道斜面向下.(2)规定速度的唯一性:火车轨道转弯处的规定速度一旦确定就是唯一的,与火车质量无关.对点演练2.(2024广东惠州检测)在修筑铁路时,弯道处的外轨会略高于内轨,如图所示,铁轨平面与水平地面夹角为θ,当火车以规定的行驶速度v转弯时,内、外轨均不会受到轮缘的侧向挤压,火车转弯半径为r,重力加速度为g,下列说法正确的是()A.火车以速度v转弯时,铁轨对火车的支持力大于其所受重力B.火车转弯时,实际转弯速度越小越好C.当火车上乘客增多时,火车转弯时的速度必须降低A解析火车以速度v转弯时,对火车受力分析如图所示,根据矢量三角形的边角关系可知铁轨对火车的支持力大于其所受重力,故A正确;当火车以规定的行驶速度v转弯时,内、外轨均不会受到轮缘的侧向挤压,效果最好,所以实际转弯速度不是越小越好,故B错误;根据向心力公式可得探究点三拱形与凹形路面导学探究如图为贵州毕节阿西里西大草原的波浪公路,乘车行驶在这段路上,会有骑马奔驰一样的感觉,其背后的物理原理是什么?提示汽车在拱形与凹形路面上行驶,可看作圆周运动,乘客所受支持力大小会随着圆心位置的改变而改变.知识归纳1.过拱形路面2.过凹形路面合外力提供向心力,有,FNmg,汽车处于超重状态,速度越大,支持力越大.因此,汽车经过凹形路面时不宜高速行驶,否则容易发生爆胎.典例剖析【例题3】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路面,两路面的圆弧半径均为60m.路面承受的压力不得超过3.0×105N,g取10m/s2.(1)求汽车允许的最大速率.(2)若以(1)中所求最大速率行驶,求汽车对路面的最小压力的大小.解析(1)汽车在凹形路面的底部时,由牛顿第三定律可知,路面对汽车的最(2)汽车在拱形路面的最高点对路面的压力最小,由牛顿第二定律有解得FN2=1.0×105N由牛顿第三定律可知,汽车对路面的最小压力的大小为1.0×105N.方法技巧解决汽车过拱形与凹形路面问题的一般步骤(1)选取研究对象,确定轨道平面、圆心位置和轨道半径.(2)正确分析研究对象的受力情况(向心力是按作用效果命名的力,在受力分析时不能列出),明确向心力的来源.(3)根据平衡条件和牛顿运动定律列方程求解.对点演练3.(2024湖南岳阳校考)如图所示,汽车以速度v通过凹形路面最低点.关于汽车对地面的压力大小,下列判断正确的是()A.等于汽车所受的重力B.小于汽车所受的重力C.大于汽车所受的重力D