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高中物理粤教版 (2019)必修 第二册第二章 圆周运动第三节 生活中的圆周运动多媒体教学课件ppt
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这是一份高中物理粤教版 (2019)必修 第二册第二章 圆周运动第三节 生活中的圆周运动多媒体教学课件ppt，共46页。PPT课件主要包含了课前·自主预习，公路弯道，mgtanθ，铁路弯道，向心加速度，垂直轨道向上，支持力，拱形与凹形路面，mg－FN，FN－mg等内容，欢迎下载使用。
1．水平公路：汽车在水平公路上转弯时相当于在做圆周运动，此时向心力由车轮与路面间的静摩擦力f来提供．即f＝________，解得v＝________，故弯道半径越小，转弯时的安全速度越小．
为什么交通法规中禁止过弯道时超车？从圆周运动的角度解释其原因．【答案】超车需要加速，过弯道速度过大，当摩擦力不足以提供转弯需要的向心力时，容易发生侧滑，造成交通事故．
1．运动特点：火车在弯道上运动时可看作圆周运动，因而具有___________，由于其质量巨大，需要很大的向心力．2．轨道设计：转弯处外轨略________(填“高”或“低”)于内轨，火车转弯时铁轨对火车的支持力FN的方向是______________，它与重力的合力指向________，为火车转弯提供一部分向心力．3．向心力的来源：依据弯道的半径和规定的行驶速度，适当选择内轨和外轨的高度差，使转弯时所需的向心力几乎完全由________和________的合力来提供．
铁路的内轨和外轨道做得一样高，火车行驶才更安全吗？【答案】平直地方一样高，转弯处外高内低更安全．
汽车过凹形地面底部时，对地面底部的压力等于车重吗？【答案】压力要大于车的重力．
如图所示，把地球看作一个巨大的拱形桥，当汽车的速度增大时，地面对它的支持力怎样变化？汽车有可能飞离地球吗？ 【答案】速度增大，支持力减小，速度大到一定程度时，汽车有可能飞离地球．
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弹力的合力提供，此时内轨和外轨对火车无挤压作用．2．当火车行驶速度v与规定速度v0不相等时，火车所需向心力不再仅由重力和弹力的合力提供，此时内轨和外轨适时对火车轮缘有挤压作用，具体情况如下：(1)当火车行驶速度v>v0时，外轨道对轮缘有向弯内侧压力．(2)当火车行驶速度v
当v>v0时，外轨对外轮边缘产生垂直轨道向内的弹力(侧压力)，此时火车受力如图所示．设火车的质量为m，根据牛顿第二定律，得FN cs θ＝F外sin θ＋mg.联立上述两式，解得
由此看出，火车的速度v越大，F外越大，铁轨越容易损坏，若F外过大，会造成铁轨的侧向移动，损坏铁轨，造成火车脱轨．
火车转弯问题的分析技巧3．当火车不按设计速度行驶时，若大于设计速度，则对外轨有侧压力，若小于设计速度，则对内轨有侧压力．
汽车过拱形路面问题的分析
例2 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桥面和凸形桥面，两桥面的圆弧半径均为60 m，如果桥面承受的压力不超过3.0×105 N，则汽车允许的最大速率是多少？(g取10 m/s2)
【解析】如图所示，由受力分析可知，汽车驶至凹形桥面的底部时，合力向上，此时车对桥面压力最大．由牛顿第三定律可知，桥面对汽车的最大支持力FN1＝3.0×105 N，根据牛顿第二定律，
变式2 公路上的拱形桥是常见的，汽车过桥时的运动可以看作匀速圆周运动，如图所示，汽车通过桥的最高点时( )A．车对桥的压力大小等于汽车的重力B．车的速度越大，车对桥面的压力越小C．车的速度越大，车对桥面的压力越大D．如果车在最高点速度大到使汽车对地面的压力为零，则此时驾驶员有超重的感觉【答案】B
实际圆周运动的模型构建如图是过山车和它的简化模型图．过山车问题是典型的竖直平面内的圆周运动．
(1)向心力来源：受力如图所示，重力G和支持力FN的合力提供向心力．
例3 某游乐场中的“过山车”有两个半径分别为r1、r2的圆形轨道，固定在竖直平面内，如图所示，某游客乘坐的小车从倾斜轨道上滑下，连续经过两圆形轨道的最高点O、P时速度大小分别为v1、v2，若在这两点，小车对轨道的压力都为零，则v1∶v2为( )
例4 (多选)在如图所示光滑轨道上，小球滑下经平直部分冲上圆弧部分的最高点A时，对圆弧的压力为mg，已知圆弧的半径为R.则( )A．在最高点A，小球受重力和向心力B．在最高点A，小球受重力和圆弧的压力C．在最高点A，小球的速度为D．在最高点A，小球的向心加速度为2g
【答案】BD 【解析】小球在最高点受重力和压力，由牛顿第二定律得FN＋mg＝ma，又FN＝mg，所以a＝2g，故B、D正确．
1．在水平面上转弯的摩托车，如图所示，向心力是( )A．重力和支持力的合力 B．静摩擦力C．滑动摩擦力 D．重力、支持力和牵引力的合力【答案】B 【解析】摩托车在水平路面上转弯时受到重力、支持力、牵引力以及指向圆心的静摩擦力，所需的向心力由静摩擦力提供，A、C、D错误，B正确．
2．图甲为游乐场中一种叫“魔盘”的娱乐设施，游客坐在转动的魔盘上，当魔盘转速增大到一定值时，游客就会滑向盘边缘，其装置可以简化为图乙．若魔盘转速缓慢增大，则游客在滑动之前( )A．游客受到魔盘的摩擦力缓慢增大B．游客始终处于平衡状态C．游客受到魔盘的支持力缓慢增大D．游客受到的合外力大小不变
【答案】A 【解析】对游客受力分析如图，分别对水平和竖直方向列方程，水平方向fx－Nx＝mω2r，竖直方向fy＋Ny＝mg，则随着魔盘转速缓慢增大，游客需要的向心力增大，但必须保证竖直方向受力平衡，因为重力不变，则f、N两个力只能一个增大一个减小，结合水平方向，只能f增大，N减小，A正确，C错误；滑动之前，游客在竖直方向受力平衡，水平方向的向心力即为合外力，随着转速缓慢增大，需要的向心力增大，即合外力增大，B、D错误．
3．一辆卡车匀速通过如图所示的地段，爆胎可能性最大的位置是( )A．a处 B．b处 C．c处 D．d处【答案】D
4．(多选)公路急转弯处通常是交通事故多发地带．如图所示，某公路急转弯处是一圆弧，当汽车行驶的速率为v时，汽车恰好没有向公路内外两侧滑动的趋势．则在该弯道处( )A．路面外侧高、内侧低B．车速只要低于v，车辆便会向内侧滑动C．车速虽然高于v，但只要不超出某一值，车辆便不会向外侧滑动D．当路面结冰时，与未结冰时相比，v的值变小【答案】AC
【解析】在转动雨伞时，伞上的水滴均是同轴转动，向心力由黏附力提供，F向心＝mω2r，越靠近轴，F向心越小，故A正确；当所需的向心力大于黏附力时，水滴做离心运动，沿切线飞出，脱离伞后做平抛运动，故B、D错误，C正确．
5．(多选)高速公路拐弯处的路面通常都是外高内低．如图所示，在某路段质量为m的汽车向左拐弯，其运动可视为半径为R的圆周运动，汽车左侧的路面比右侧的路面低一些，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(即垂直于前进方向)摩擦力等于零，则正确的是( )
1．水平公路：汽车在水平公路上转弯时相当于在做圆周运动，此时向心力由车轮与路面间的静摩擦力f来提供．即f＝________，解得v＝________，故弯道半径越小，转弯时的安全速度越小．
为什么交通法规中禁止过弯道时超车？从圆周运动的角度解释其原因．【答案】超车需要加速，过弯道速度过大，当摩擦力不足以提供转弯需要的向心力时，容易发生侧滑，造成交通事故．
1．运动特点：火车在弯道上运动时可看作圆周运动，因而具有___________，由于其质量巨大，需要很大的向心力．2．轨道设计：转弯处外轨略________(填“高”或“低”)于内轨，火车转弯时铁轨对火车的支持力FN的方向是______________，它与重力的合力指向________，为火车转弯提供一部分向心力．3．向心力的来源：依据弯道的半径和规定的行驶速度，适当选择内轨和外轨的高度差，使转弯时所需的向心力几乎完全由________和________的合力来提供．
铁路的内轨和外轨道做得一样高，火车行驶才更安全吗？【答案】平直地方一样高，转弯处外高内低更安全．
汽车过凹形地面底部时，对地面底部的压力等于车重吗？【答案】压力要大于车的重力．
如图所示，把地球看作一个巨大的拱形桥，当汽车的速度增大时，地面对它的支持力怎样变化？汽车有可能飞离地球吗？ 【答案】速度增大，支持力减小，速度大到一定程度时，汽车有可能飞离地球．
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弹力的合力提供，此时内轨和外轨对火车无挤压作用．2．当火车行驶速度v与规定速度v0不相等时，火车所需向心力不再仅由重力和弹力的合力提供，此时内轨和外轨适时对火车轮缘有挤压作用，具体情况如下：(1)当火车行驶速度v>v0时，外轨道对轮缘有向弯内侧压力．(2)当火车行驶速度v
当v>v0时，外轨对外轮边缘产生垂直轨道向内的弹力(侧压力)，此时火车受力如图所示．设火车的质量为m，根据牛顿第二定律，得FN cs θ＝F外sin θ＋mg.联立上述两式，解得
由此看出，火车的速度v越大，F外越大，铁轨越容易损坏，若F外过大，会造成铁轨的侧向移动，损坏铁轨，造成火车脱轨．
火车转弯问题的分析技巧3．当火车不按设计速度行驶时，若大于设计速度，则对外轨有侧压力，若小于设计速度，则对内轨有侧压力．
汽车过拱形路面问题的分析
例2 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桥面和凸形桥面，两桥面的圆弧半径均为60 m，如果桥面承受的压力不超过3.0×105 N，则汽车允许的最大速率是多少？(g取10 m/s2)
【解析】如图所示，由受力分析可知，汽车驶至凹形桥面的底部时，合力向上，此时车对桥面压力最大．由牛顿第三定律可知，桥面对汽车的最大支持力FN1＝3.0×105 N，根据牛顿第二定律，
变式2 公路上的拱形桥是常见的，汽车过桥时的运动可以看作匀速圆周运动，如图所示，汽车通过桥的最高点时( )A．车对桥的压力大小等于汽车的重力B．车的速度越大，车对桥面的压力越小C．车的速度越大，车对桥面的压力越大D．如果车在最高点速度大到使汽车对地面的压力为零，则此时驾驶员有超重的感觉【答案】B
实际圆周运动的模型构建如图是过山车和它的简化模型图．过山车问题是典型的竖直平面内的圆周运动．
(1)向心力来源：受力如图所示，重力G和支持力FN的合力提供向心力．
例3 某游乐场中的“过山车”有两个半径分别为r1、r2的圆形轨道，固定在竖直平面内，如图所示，某游客乘坐的小车从倾斜轨道上滑下，连续经过两圆形轨道的最高点O、P时速度大小分别为v1、v2，若在这两点，小车对轨道的压力都为零，则v1∶v2为( )
例4 (多选)在如图所示光滑轨道上，小球滑下经平直部分冲上圆弧部分的最高点A时，对圆弧的压力为mg，已知圆弧的半径为R.则( )A．在最高点A，小球受重力和向心力B．在最高点A，小球受重力和圆弧的压力C．在最高点A，小球的速度为D．在最高点A，小球的向心加速度为2g
【答案】BD 【解析】小球在最高点受重力和压力，由牛顿第二定律得FN＋mg＝ma，又FN＝mg，所以a＝2g，故B、D正确．
1．在水平面上转弯的摩托车，如图所示，向心力是( )A．重力和支持力的合力 B．静摩擦力C．滑动摩擦力 D．重力、支持力和牵引力的合力【答案】B 【解析】摩托车在水平路面上转弯时受到重力、支持力、牵引力以及指向圆心的静摩擦力，所需的向心力由静摩擦力提供，A、C、D错误，B正确．
2．图甲为游乐场中一种叫“魔盘”的娱乐设施，游客坐在转动的魔盘上，当魔盘转速增大到一定值时，游客就会滑向盘边缘，其装置可以简化为图乙．若魔盘转速缓慢增大，则游客在滑动之前( )A．游客受到魔盘的摩擦力缓慢增大B．游客始终处于平衡状态C．游客受到魔盘的支持力缓慢增大D．游客受到的合外力大小不变
【答案】A 【解析】对游客受力分析如图，分别对水平和竖直方向列方程，水平方向fx－Nx＝mω2r，竖直方向fy＋Ny＝mg，则随着魔盘转速缓慢增大，游客需要的向心力增大，但必须保证竖直方向受力平衡，因为重力不变，则f、N两个力只能一个增大一个减小，结合水平方向，只能f增大，N减小，A正确，C错误；滑动之前，游客在竖直方向受力平衡，水平方向的向心力即为合外力，随着转速缓慢增大，需要的向心力增大，即合外力增大，B、D错误．
3．一辆卡车匀速通过如图所示的地段，爆胎可能性最大的位置是( )A．a处 B．b处 C．c处 D．d处【答案】D
4．(多选)公路急转弯处通常是交通事故多发地带．如图所示，某公路急转弯处是一圆弧，当汽车行驶的速率为v时，汽车恰好没有向公路内外两侧滑动的趋势．则在该弯道处( )A．路面外侧高、内侧低B．车速只要低于v，车辆便会向内侧滑动C．车速虽然高于v，但只要不超出某一值，车辆便不会向外侧滑动D．当路面结冰时，与未结冰时相比，v的值变小【答案】AC
【解析】在转动雨伞时，伞上的水滴均是同轴转动，向心力由黏附力提供，F向心＝mω2r，越靠近轴，F向心越小，故A正确；当所需的向心力大于黏附力时，水滴做离心运动，沿切线飞出，脱离伞后做平抛运动，故B、D错误，C正确．
5．(多选)高速公路拐弯处的路面通常都是外高内低．如图所示，在某路段质量为m的汽车向左拐弯，其运动可视为半径为R的圆周运动，汽车左侧的路面比右侧的路面低一些，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(即垂直于前进方向)摩擦力等于零，则正确的是( )
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