高中物理 第五章 曲线运动第7节《生活中的圆周运动》学案1 新人教版必修2.doc

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1、生活中的圆周运动学海导航会分析匀速圆周运动中向心力的来源。重点：熟练应用向心力公式和向心加速度公式。知道向心力和向心加速度公式也适用于变速圆周运动，并掌握处理特殊点的方法。学习探究★自主学习火车转弯处：（1）若内、外轨一样高，火车做圆周运动的向心力是由_________________提供的，由于火车质量太大，靠这种方法得到向心力，极易使___________________受损。（2）外轨略高于内轨时，火车转弯时向心力的一部分来源是____________________，这就减轻了轮缘与外轨的挤压。汽车在拱形桥上行驶到最高点时的向心力是由____

2、_______________提供的，方向___________，此时汽车对桥的压力FN′_________G（填“>”、“＝”、“<”），汽车行驶到最高点的速度越大FN′就越_________。汽车在凹形桥上行驶通过桥最低点的向心力是由_______________提供的，方向__________，此时汽车对桥的压力FN′_________G（填“>”、“＝”、“<”）航天员随宇宙飞船绕地球作匀速圆周运动时，向心力是________________________提供的；当飞船的飞行速度v＝_____________时，航天员对座舱的压力FN′＝0

3、，此时航天员处于________状态。★新知探究一、火车转弯火车按规定的速度行驶（1）确定火车作圆周运动的轨道平面，并找出圆心（2）画出火车的受力分析图，并求出规定的速度。（已知路面倾角θ和圆周半径R）讨论当火车行驶速度大于或小于规定的行驶速度时，向心力的来源情况。思考汽车在水平路面上转弯时是怎样获得向心力的？二、拱形桥汽车在拱形桥或凹形桥上行驶的过程中，它受到的合外力一定指向圆心吗？在那些特殊位置合外力就是向心力？已知汽车的质量为m，通过拱形桥最高点的速度为v，桥面的半径为R，试求出汽车通过桥最高点时对桥的压力FN′。并讨论：（1）当v＝时，FN′

4、＝？（2）当v>时，汽车会怎样运动？同理推出汽车通过凹形桥最低点时对桥的压力FN′。三、航天器中的失重现象1.已知宇宙飞船的轨道半径为R，向心加速度为g′，试推出当座舱对航天员的支持力FN＝0时飞船的速度。2.思考：汽车在拱形桥最高点和在凹形桥最低点时，是处于失重状态还是处于超重状态？★例题精析一、近似处理思想在火车转弯问题中的应用【例题1】一段铁路转弯处，内、外轨高度差为h＝10㎝，弯道半径为r＝625m，轨距L＝1435mm，求这段弯道的设计速度v0是多大时才能保证内、外轨不受侧向压力？解析：【训练1】铁路转弯处的弯道半径r是根据地形决定的，弯道

5、处要求外轨比内轨高，其内、外轨道高度差h的设计不仅与r有关，还取决于火车在弯道上的行驶速率。下表是铁路设计人员技术手册中弯道半径r及与之对应的轨道的高度差h：弯道半径r／m660330220165132110内、外轨道高度差h/mm50100150200250300（1）根据表中数据，写出h和r的关系式，并求出r＝440m时h的值。（2）铁路建成后，火车通过弯道时，为保证绝对安全，要求内、外轨道均不向车轮施加侧向压力，又已知我国铁路内、外轨的间距设计值L＝1435mm，结合表中数据，算出我国火车的转弯速率v。二、圆周运动中绳模型的应用【例题2】长L＝

6、0.5m的细绳拴着小水桶绕固定轴在竖直平面内转动，筒中有质量m＝0.5Kg的水，问：（1）在最高点时，水不流出的最小速度是多少？（2）在最高点时，若速度v＝3m/s，水对筒底的压力多大？解析：【训练2】游乐园里过山车原理的示意图如图5－44所示。设过山车的总质量为m，由静止从高为h的斜轨顶端A点开始下滑，到半径为r的圆形轨道最高点B时恰好对轨道无压力。求过山车在圆形轨道最高点B时的速度大小。rBAh图5－44三、圆周运动中的杆模型图5－45OLm【例题3】如图5－45所示，长为L的轻杆一端有一个质量为m的小球，另一端有光滑的固定轴O，现给球一初速度，

7、使球和杆一起绕O轴在竖直平面内转动，不计空气阻力，则（）A.小球到达最高点的速度必须大于B.小球到达最高点的速度可能为0C.小球到达最高点受杆的作用力一定为拉力D.小球到达最高点受杆的作用力一定为支持力解析：图5－46vR【训练3】如图5－46所示，在竖直平面内有一内径为d的光滑圆管弯曲而成的环形轨道，环形轨道半径R远远大于d，有一质量为m的小球，直径略小于d，可在圆管中做圆周运动。若小球恰能在圆环轨道中完成圆周运动，则小球在通过最高点时受到轨道给它的作用力为___________。四、拱桥问题图5－47【例题4】如图5－47所示，汽车质量为1.5×

8、104Kg，以不变的速率先后驶过凹形桥和凸形桥，桥面圆弧半径为15m，如果桥面承受的最大压力不得超过2.0×