2025春《三维设计 物理 必修 第二册 (配粤教版)》配套课件第三节 生活中的圆周运动.pptx

第三节生活中的圆周运动

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;圆周运动;(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

;结论;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??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＝mgtanθ。

;某铁路转弯处的圆弧半径是300m，铁轨的轨距是1435mm，火车通过这里的规定速度是72km/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72km/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100t，仍以规定速度72km/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()