河北省邢台市高中物理 第五章 曲线运动 第13课时 生活中的圆周运动学案（无答案）新人教版必修2

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1、学案13生活中的圆周运动【学习目标】1.能定性分析铁路弯道处外轨比内轨高的原因，能定量分析汽车过拱形桥最高点和凹形桥最低点时对桥的压力.2.了解航天器中的失重现象及其原因.3.知道离心运动及其产生的条件，了解离心运动的应用和防止．【学习任务】一、铁路的弯道1．运动特点：火车转弯时实际是在做圆周运动，因而具有向心加速度，由于其质量巨大，所以需要很大的向心力．2．向心力来源：在修筑铁路时，要根据弯道的半径和规定的行驶速度，适当选择内、外轨的高度差，使转弯时所需的向心力几乎完全由重力G和支持力FN的合力提供．二、拱形桥1．汽车过凸形桥汽

2、车在凸形桥最高点时，如图1甲所示，向心力为Fn＝mg－FN＝，汽车对桥的压力FN′＝FN＝mg－m，故汽车在凸形桥上运动时，对桥的压力小于汽车的重力．图12．汽车过凹形桥汽车在凹形桥最低点时，如图乙所示，向心力Fn＝FN－mg＝，汽车对桥的压力FN′＝FN＝mg＋，故汽车在凹形桥上运动时，对桥的压力大于汽车的重力．三、航天器中的失重现象1．对于航天器，重力充当向心力，满足的关系：mg＝m，航天器的速度v＝.2．对于航天员，重力mg和座舱的支持力FN的合力提供向心力，满足关系：mg－FN＝，当-11-v＝时，座舱对航天员的支持力FN

3、＝0，航天员处于完全失重状态．四、离心运动1．离心运动：做圆周运动的物体，在合力突然消失或者不足以提供圆周运动所需的向心力的情况下，就会做远离圆心的运动，这种运动叫做离心运动．2．离心运动的应用和防止(1)应用：离心干燥器；洗衣机的脱水筒；离心制管技术．(2)防止：汽车在公路转弯处必须限速行驶；转动的砂轮、飞轮的转速不能太高.一、铁路的弯道[问题设计]火车转弯时的运动是圆周运动，分析火车的运动回答下列问题：(1)如图2所示，如果轨道是水平的，火车转弯时受到哪些力的作用？需要的向心力由谁来提供？图2(2)(1)中获得向心力的方法好不

4、好？为什么？若不好，如何改进？(3)当轨道平面与水平面之间的夹角为α，转弯半径为R时，火车行驶速度多大轨道才不受挤压？[要点提炼]1．向心力来源：在铁路的弯道处，内、外铁轨有高度差，火车在此处依据规定的速度行驶，转弯时，向心力几乎完全由重力G和支持力FN的合力提供，即F＝mgtan_α.2．规定速度：若火车转弯时，火车轮缘不受轨道压力，则mgtanα＝，故v0＝，其中R为弯道半径，α为轨道所在平面与水平面的夹角，v0-11-为弯道规定的速度．(1)当v＝v0时，Fn＝F，即转弯时所需向心力等于支持力和重力的合力，这时内、外轨均无侧

5、压力，这就是设计的限速状态．(2)当v>v0时，Fn>F，即所需向心力大于支持力和重力的合力，这时外轨对车轮有侧压力，以弥补向心力不足的部分．(3)当v

6、力大还是小呢？请同学们自己分析．[要点提炼]1．汽车过拱形桥(如图3)图3汽车在最高点满足关系：mg－FN＝m，即FN＝mg－m.(1)当v＝时，FN＝0.-11-(2)当0≤v<时，0时，汽车将脱离桥面做平抛运动，发生危险．2．汽车过凹形桥(如图4)图4汽车在最低点满足关系：FN－mg＝，即FN＝mg＋.由此可知，汽车对桥面的压力大于其自身重力，故凹形桥易被压垮，因而实际中拱形桥多于凹形桥．三、航天器中的失重现象和离心运动[问题设计]1．航天员在太空舱处于完全失重状态，他们是不受重力作用了吗？2．做离心

7、运动的物体是否受到离心力的作用？[要点提炼]1．航天器中的失重现象(1)质量为M的航天器在近地轨道运行时，航天器的重力提供向心力，满足关系：Mg＝M，则v＝.(2)质量为m的航天员：航天员的重力和座舱对航天员的支持力提供向心力，满足关系：mg－FN＝.当v＝时，FN＝0，即航天员处于完全失重状态．-11-(3)航天器内的任何物体都处于完全失重状态．2．离心运动(1)离心运动的原因：合力突然消失或不足以提供所需的向心力，而不是物体又受到了“离心力”．(2)合力与向心力的关系对圆周运动的影响若F合＝mω2r，物体做匀速圆周运动．若F合

8、mω2r，物体做近心运动．四、竖直面内的“绳杆模型”的临界问题1．轻绳模型(如图5所示)图5(1)绳(内轨道)施力特点：只能施加向下的拉力(或压力)．(2)在最高点的动力学方程F