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删运动，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儿乎完全由重力G和支持力F、的合力提供.二、拱形桥1.汽车过凸形桥mv2汽车在凸形桥最高

2、点时，如图1甲所示，向心力为,汽车对桥的压力FJ=v2Fx=mg—口帀，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mv2汽车在凹形桥最低点时，如图乙所示，向心力Fu^Fn—mg=—,汽车对桥的压力FV=F=mg+晋，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21.对于航天器，重力充当向心力，满足的关系：哩=n百，航天器的速度v=J尿mv21.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—,当v=7不时，座舱对航天员的支持力F=0,航天员处于完全失重状态.四、离心

3、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.基础自学落实重点互动探究学习•探究区一、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？盅要的向心力由谁來提(2)(1)中获得向心力的方法好不好？为什么？若不好，如何改进？

4、(3)当轨道平面与水平面之间的夹角为a,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，向心力儿乎完全由重力G和支持力F,的合力提供,即卩=mgtana.2.规定速度：若火车转弯时，火车轮缘不受轨道压力，则mgtana=字，故vo=-/gRtana,其中R为弯道半径，a为轨道所在平面与水平面的夹角，v()为弯道规定的速度.仃)当「=用时，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、夕卜轨均无侧压力,这就是设计的限速状态.(2)当

5、v>v°吋，FQF,即所需向心力大于支持力和重力的合力，这吋外轨对车轮有侧压力，以弥补向心力不足的部分.(3)当v

6、形桥(如图3)图3亠、v2汽车在最咼点满足关系：mg—F、=nrp⑴当v=Q畐时，Fn=O.⑵当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4mv2mv2汽车在最低点满足关系：F,s-mg=—,即Fx=mg+—由此可知，汽车对桥血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v2

7、(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：则(2)质量为ni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—mv2Fn=t-当v=7氤时，Fn=O,即航天员处于完全失重状态.(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”.(1)合力与向心力的关系对圆周运动的影响若F合=11)3、，物体做匀速圆周运动.若F^m3b,物体做近心运动

8、.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