2019-2020学年高中物理第五章曲线运动第7节生活中的圆周运动讲义含解析新人教版必修.pdf

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1、第7节生活中的圆周运动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gR；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；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

2、1．火车在弯道上的运动特点火车在弯道上运动时做圆周运动，具有向心加速度，由于其质量巨大，因此需要很大的向心力。2．转弯处内外轨一样高的缺点如果转弯处内外轨一样高，则由外轨对轮缘的弹力提供向心力，这样铁轨和车轮极易受损。3．铁路弯道的特点(1)转弯处外轨略高于内轨。(2)铁轨对火车的支持力不是竖直向上的，而是斜向弯道内侧。(3)铁轨对火车的支持力与火车所受重力的合力指向轨道的圆心，它提供了火车以规定速度行驶时的向心力。二、拱形桥汽车过凸形桥汽车过凹形桥受力分析v2v2向心力F＝mg－F＝mF＝F－mg＝mnNrnNr对桥的v2v2F′＝mg

3、－mF′＝mg＋mNrNr压力汽车对桥的压力大于汽车的重汽车对桥的压力小于汽车的重量，而且汽车结论量，而且汽车速度越大，对桥的速度越大，对桥的压力越小压力越大三、航天器中的失重现象及离心运动1．航天器在近地轨道的运动(1)对航天器，在近地轨道可认为地球的万有引力等于其重力，重力充当向心力，满足的v2关系为Mg＝M。Rv2(2)对航天员，由重力和座椅的支持力提供向心力，满足的关系为mg－F＝m，由此可得NrF＝0，航天员处于完全失重状态，对座椅压力为零。N(3)航天器内的任何物体之间均没有压力。2．对失重现象的认识航天器内的任何物体都处于完

4、全失重状态，但并不是物体不受地球引力。正因为受到地球引力的作用才使航天器连同其中的乘员做匀速圆周运动。3．离心运动(1)定义：物体沿切线飞出或做逐渐远离圆心的运动。(2)原因：向心力突然消失或外力不足以提供所需向心力。1．自主思考——判一判(1)火车转弯时的向心力是车轨与车轮间的挤压提供的。(×)(2)火车通过弯道时具有速度的限制。(√)(3)汽车在拱形桥上行驶，速度较小时，对桥面的压力大于车重；速度较大时，对桥面的压力小于车重。(×)(4)汽车过凹形桥底部时，对桥面的压力一定大于车重。(√)(5)绕地球做匀速圆周运动的航天器中的宇航员及

5、所有物体均处于完全失重状态。(√)(6)航天器中处于完全失重状态的物体不受重力作用。(×)2．合作探究——议一议(1)地球可以看做一个巨大的拱形桥，桥面半径等于地球半径，试讨论：地面上有一辆汽车在行驶，地面对它的支持力与汽车的速度有何关系？驾驶员有什么感觉？v2提示：根据汽车过凸形桥的原理，地球对它的支持力F＝mg－m，随v的增大，F减小，NrN所以驾驶员有失重的感觉。(2)雨天，当你旋转自己的雨伞时，会发现水滴沿着伞的边缘切线飞出(如图所示)，你能说出其中的原因吗？提示：旋转雨伞时，水滴也随着运动起来，但伞面上的水滴受到的力不足以提供其

6、做圆周运动的向心力，水滴由于惯性要保持其原来的速度方向而沿切线方向飞出。火车转弯问题1．火车车轮的特点：火车的车轮有凸出的轮缘，火车在铁轨上运行时，车轮与铁轨有水平与竖直两个接触面，这种结构特点，主要是避免火车运行时脱轨，如图所示。2．圆周平面的特点：弯道处外轨高于内轨，但火车在行驶过程中，重心高度不变，即火车的重心轨迹在同一水平面内，火车的向心加速度和向心力均沿水平面指向圆心。3．向心力的来源分析：火车速度合适时，火车受重力和支持力作用，火车转弯所需的向心力完全由重力和支持力的合力提供，合力沿水平方向，大小F＝mgtanθ。4．规定速度

7、分析：若火车转弯时只受重力和支持力作用，不受轨道压力，则mgtanθ＝v2m0，可得v＝gRtanθ。(R为弯道半径，θ为轨道所在平面与水平面的夹角，v为转弯处R00的规定速度)5．轨道压力分析(1)当火车行驶速度v等于规定速度v时，所需向心力仅由重力和弹力的合力提供，此时0火车对内外轨道无挤压作用。(2)当火车行驶速度v与规定速度v不相等时，火车所需向心力不再仅由重力和弹力的合0力提供，此时内外轨道对火车轮缘有挤压作用，具体情况如下。①当火车行驶速度v>v时，外轨道对轮缘有侧压力。0②当火车行驶速度v

8、例]有一列重为100t的火车，以72km/h的速率匀速通过一个内外轨一样高的弯道，轨道半径为400m。(g取10m/s2)(1)试计算铁轨受到的侧压力大小；(2)若要使火车以此速率通过弯道，且