高一物理 生活中的圆周运动学案.doc

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1、河北省邯郸市临漳县第一中学高一物理：生活中的圆周运动学案1、【学习目标】1．会在具体问题中分析向心力的来源，会处理火车转弯、汽车过桥等力学问题．2．能定量分析汽车过拱形桥最高点与凹形桥最低点的压力问题3．知道航天器中的失重的本质4知道离心运动及产生的条件，了解离心运动的应用和防止一.水平面的圆周运动1.火车转弯火车转弯时，是什么力作为向心力呢?(1)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F就是使火车转弯的向心力(如下左图所示).设转弯半径为r，火车质量

2、为m，转弯时速率为v，则，F=m.由于火车质量很大，靠这种办法得到向心力，轮缘与外轨间的相互作用力要很大，铁轨容易受到损坏.(2)实际在修筑铁路时，要根据转弯处的半径r和规定的行驶速度v0，适当选择内外轨的高度差，使转弯时所需的向心力完全由重力G和支持力FN的合力来提供，如上右图所示.必须注意，虽然内外轨有一定的高度差，但火车仍在水平面内做圆周运动，因此向心力是沿水平方向的，而不是沿“斜面”向上.F=Gtgα=mgtgα，故mgtgα=m,通常倾角α不太大，可近似取tgα=h/d，则hr=d.2.

3、汽车转弯汽车在水平的圆弧路面上的做匀速圆周运动时(如图甲所示)，是什么力作为向心力的呢?如果不考虑汽车翻转的情况，我们可以把汽车视为质点.汽车在竖直方向受到的重力和支持力大小相等、方向相反，是一对平衡力；如果不考虑汽车行驶时受到的阻力，则汽车所受的地面对它的摩擦力就是向心力，如图乙所示.如果考虑汽车行驶时受到的阻力Ff，则静摩擦力沿圆周切线方向的分Ft(通常叫做牵引力)与阻力Ff平衡，而静摩擦力指向圆心的分力Fn就是向心力，如图丙所示，这时静摩擦力指向圆心的分力Fn也就是汽车所受的合力.二.汽车过

4、拱桥（可通过学生看书，讨论，总结）问题：质量为m的汽车在拱桥上以速度v前进，桥面的圆弧半径为r，求汽车通过桥的最高点时对桥面的压力。解析：选汽车为研究对象，对汽车进行受力分析：汽车在竖直方向受到重力G和桥对车的支持力F1作用，这两个力的合力提供向心力、且向心力方向向下。建立关系式：又因支持力与汽车对桥的压力是一对作用力与反作用力，所以（1）当v=时，F=0（2）当0≤v＜时,0＜F≤mg（3）当v＞时,汽车将脱离桥面，发生危险。小结：上述过程中汽车虽然不是做匀速圆周运动，但我们仍然使用了匀速圆周运

5、动的公式。原因是向心力和向心加速度的关系是一种瞬时对应关系，即使是变速圆周运动，在某一瞬时，牛顿第二定律同样成立，因此，向心力公式照样适用。例2.汽车以恒定的速率v通过半径为r的凹型桥面，如图6-8-4所示，求汽车在最低点时对桥面的压力是多大？三、航天器中的失重现象当汽车通过拱形桥凸形桥面顶点时，如果车速达到一定大小，则可使汽车对桥面的压力为零．如果我们把地球想象为特大的“拱形桥”，则情形如何呢?会不会出现这样的情况；速度达到一定程度时，地面对车的支持力是零?这时驾驶员与座椅之间的压力是多少?驾驶

6、员躯体各部分之间的压力是多少?他这时可能有什么感觉?引导：假设宇宙飞船质量为M，它在地球表面附近绕地球傲匀逮圆周运动，其轨道半径近似等于地球半径R，航天员质量为m，宇宙飞船和航天员受到的地球引力近似等于他们在地面上的重力．试求座舱对宇航员的支持力．此时飞船的速度多大?通过求解．你可以得出什么结论?(看书)四、离心运动引导：做圆周运动的物体一旦失去向心力的作用，它会怎样运动呢?如果物体受的合力不足以提供向心力，它会怎样运动呢?请同学们结合生活实际，举出物体做离心运动的例子．＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿

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