高一物理生活中的圆周运动学案.doc

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1、生活中的圆周运动（教案）【知能准备】1．做匀速圆周运动的物体所受的合外力总是指向圆心，所以叫向心力，它是根据力的效果来命名的。2．向心力总是指向圆心，而线速度沿圆的切线方向，故向心力始终与线速度垂直，所以向心力的作用效果只是改变物体线速度的方向而不改变线速度的大小。3．向心力产生的加速度也总是指向圆心，叫向心加速度。4．从数量关系上，当从外界提供的向心力与物体在某轨道上做圆周运动所需要的向心力满足什么关系时，物体做圆周运动？（等于）【同步导学】1．火车转弯⑴火车车轮的结构特点（图2）（图1）火车的车轮有凸出的轮缘，且火车在轨道上运行时，有

2、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1所示）⑵如果转弯处内外轨一样高，外侧车轮的轮缘挤压外轨，使外轨发生弹性形变，外轨对轮缘的弹力就是火车转弯的向心力，见图2，但火车质量太大，靠这种办法得到向心力，轮缘与外轨间的相互作用力太大，铁轨和车轮极易受损。⑶如果在转弯处使外轨略高于内轨，火车转弯时铁轨对火车的支持力FN的方向不再是竖直的，而是斜向弯道的内侧，它与重力G的合力指向圆心，为火车转弯提供了一部分向心力，这就减轻了轮缘与外轨的挤压。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

3、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的合力来提供（如图3）。（图3）设内外轨间的距离为L，内外轨的高度差为h，火车转弯的半径为R，火车转弯的规定速度为v0，由图3所示力的合成得向心力为F合=mgtanα≈mgsinα=mg由牛顿第二定律得：F合=m所以mg=m即火车转弯的规定速度v0=。⑷对火车转弯时速度与向心力的讨论a．当火车以规定速度v0转弯时，合力F等于向心力，这时轮缘与内外轨均无侧压力。b．当火车转弯速度v>v0时，该合力F-13-用心爱心专心小于向心力，外轨向内挤压轮缘，提供侧压力，与F共同充当向心力。c．当

4、火车转弯速度v

5、我们看摩托车越野赛时，常有摩托车飞起来的现象，就是这个原因。⑵汽车过凹桥时，车对桥的压力大于其重力（图5）如图5，汽车经过凹桥最低点时，受竖直向下的重力和竖直向上的支持力，其合力充当向心力.则有：FN－G=m，所以FN=G+m由牛顿第三定律知，车对桥的压力FN′=G+m，大于车的重力，而且还可以看出，v越大，车对桥的压力越大。思考汽车不在拱形桥的最高点或最低点时，如图6所示，它的运动能用上面的方法求解吗？（图6）分析可以用上面的方法求解，但要注意向心力的来源发生了变化。如图6，重力沿半径方向的分力和垂直桥面的支持力共同提供向心力。设此时汽

6、车与圆心的连线和竖直方向的夹角为θ，则有mgcosθ－FN=m所以FN=mgcosθ－m桥面支持力与夹角θ、车速v都有关。例1一辆汽车匀速率通过半径为R的圆弧拱形路面，关于汽车的受力情况，下列说法正确的是（）（例1）A．汽车对路面的压力大小不变，总是等于汽车的重力-13-用心爱心专心B．汽车对路面的压力大小不断发生变化，总是小于汽车所受重力C．汽车的牵引力不发生变化D．汽车的牵引力逐渐变小解析汽车受重力mg、路面对汽车的支持力FN、路面对汽车的牵引力F(暂且不考虑汽车运动过程中受到的阻力)，如图所示。设汽车所在位置路面切线与水平面所夹的角

7、为θ汽车运行时速率大小不变，沿轨迹切线方向合力为零，所以F－mgsinθ=0，则F=mgsinθ汽车在到达最高点之前，θ角不断减小，由上式可见，汽车的牵引力不断减小；从最高点向下运动的过程中，不需要牵引力，反而需要制动力，所以C选项不正确，D选项正确。在沿着半径的方向上，汽车有向心加速度，由牛顿第二定律：mgcosθ－FN=，则FN=mgcosθ－。可见，路面对汽车的支持力FN随θ的减小而增大，当到达顶端时θ=0，FN=mg－达到最大，FN＜mg，所以A选项不正确，B选项正确。答案：BD点评从解题过程看，首先，应当明确汽车的运动是匀速圆周

8、运动，时时刻刻汽车都在做变加速运动，任何一个时刻或一个位置汽车所处的状态都不是平衡状态；其二，应当明确汽车的速率大小不变，汽车在沿轨迹切线的方向上所受合力始终为零。也就是说：明确汽车的运动情况