2018-2019学年高中物理 第五章 曲线运动 第7节 生活中的圆周运动学案 新人教版必修2

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1、第7节　生活中的圆周运动核心素养关键词知识体系1.火车转弯处，外轨略高于内轨，使得火车所受支持力和重力的合力提供向心力.当火车以合适的速率通过弯道时，可以避免火车轮缘对内、外轨的挤压磨损.2.汽车过拱形桥时，在凸形桥的桥顶上，汽车对桥的压力小于汽车重力，汽车在桥顶的安全行驶速度小于；汽车在凹形桥的最低点处，汽车对桥的压力大于汽车的重力.3.绕地球做匀速圆周运动的航天器中，宇航员具有指向地心的向心加速度，处于完全失重状态.4.做圆周运动的物体，当合外力突然消失或不足以提供向心力时，物体将做离心运动；

2、当合外力突然大于所需向心力时，物体将做近心运动.一、铁路的弯道火车转弯时做圆周运动，转弯处外轨高于内轨，重力和支持力的合力提供向心力.二、拱形桥1.汽车过拱形桥时做圆周运动，重力和桥面支持力的合力提供向心力.2.汽车运动到拱形桥的最高点时处于失重状态，运动到凹形桥的最低点时处于超重状态.三、航天器中的失重现象1.航天器中的物体随航天器一起做匀速圆周运动，自身重力和航天器的支持力的合力提供向心力.2.当支持力等于零时，物体处于完全失重状态.四、离心运动1.定义：做匀速圆周运动的物体，在所受合力突然消

3、失或者不足以提供做圆周运动所需的向心力情况下，就做逐渐远离圆心的运动，这种运动叫离心运动.2.本质：离心现象是物体惯性的表现.一、合作探究找规律考点一　车辆转弯问题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？2.火车转弯时速度过大或过小，会对哪侧轨道有侧压力？答：1.火车转弯处，外轨高于内轨.2.火车转弯时速度过大会对轨道外侧有压力，速度过小会对轨道内侧有压力.考点二　汽车过桥问题如图所示，过山车的质量为m，轨道半径为r，过山车经过轨道最高点时

4、的速度为v.1.过山车能通过轨道最高点的临界速度是多少？2.当过山车通过轨道最高点的速度大于临界速度时，过山车对轨道的压力怎样计算？答：1.临界条件为mg＝，故临界速度v＝.2.根据FN＋mg＝，可得FN＝－mg.考点三　圆周运动中的失重及离心现象链球比赛中，高速旋转的链球被放手后会飞出.汽车高速转弯时，若摩擦力不足，汽车会滑出路面.1.链球飞出、汽车滑出路面的原因是因为受到了离心力吗？2.物体做离心运动的条件是什么？答：1.链球飞出、汽车滑出路面的原因是物体惯性的表现，不是因为受到了什么离心力，

5、离心力是不存在的.2.物体做离心运动的条件是：做圆周运动的物体，提供向心力的外力突然消失或者外力不能提供足够大的向心力.二、理解概念做判断1.做圆周运动的物体所受合外力突然消失，物体将沿圆周切线方向做匀速直线运动.(√)2.摩托车转弯时，如果超过一定速度，摩托车将发生滑动，这是因为摩托车收到沿半径方向向外的离心力作用.(×)3.汽车过拱桥时，汽车对桥面的压力可以大于自身重力，也可以小于自身重力.(×)4.火车转弯时，具有速度的限制.(√)5.汽车过凸形桥或者凹形桥时，向心加速度的方向都是向上的.(

6、×)6.做圆周运动的物体只有突然失去向心力时才做离心运动.(×)要点1

7、车辆转弯问题分析1.火车车轮的结构特点火车的车轮有凸出的轮缘，且火车在轨道上运行时，有凸出轮缘的一边在两轨道内侧，这种结构特点，主要是有助于固定火车运动的轨迹(如图所示).2.火车转弯时的受力分析在火车转弯处，让外轨高于内轨，如图所示，若行驶速度合适，转弯时所需的向心力可仅由重力和支持力的合力提供.(1)推证：设车轨间距为L，两轨高度差为h，转弯半径为R，火车的质量为M，保证无侧向压力时的行驶速度为v0.根据直角三角形边角关系

8、知，sinα＝，由火车的受力情况：tanα＝因为α角很小，可近似取sinα＝tanα，即＝，所以向心力F合＝Mg.又因为F合＝M，所以车速v0＝.由于铁轨建成后，h、L、R各量是确定的，故火车在该处转弯时满足上述条件的车速v0应是一个定值.(2)结论：①当火车行驶速率v＝v0时，火车对内外轨均无侧向压力.②当火车行驶速率v＞v0时，外轨道对轮缘有侧向压力.③当火车行驶速率v＜v0时，内轨道对轮缘有侧向压力.典例1　一段铁路转弯处，内、外轨高度差为h＝10cm，弯道半径为r＝625m，轨道斜面长l＝

9、1435mm，求这段弯道的设计速度v0是多大？并讨论当火车速度大于和小于v0时对内、外轨的侧压力.(g取10m/s2)【思路点拨】　当火车在倾斜轨道上转弯时，其临界速度为，tanθ＝h/l.当火车的速度大于临界速度时，火车对外轨有挤压力，如果小于临界速度，则火车对内轨有挤压力，对火车画出受力示意图，建立直角坐标系，把力统一成指向圆心方向的和背离圆心方向的，根据圆周运动的向心力方程求解.【解析】　当火车以设计速度v0运行时，其受力如图所示，其中G与FN的合力F＝mgtanθ提供火车转