2020学年高中物理 第五章 曲线运动 7 生活中的圆周运动学案 新人教版必修2 17页

‎7　生活中的圆周运动 学习目标 ‎1.能定性分析火车外轨比内轨高的原因，能定量分析汽车过拱形桥最高点和凹形桥最低点的压力问题.‎ ‎2.知道航天器中的失重现象的本质.‎ ‎3.知道离心运动及其产生条件，了解离心运动的应用和防止.‎ 考试要求 学考 选考 c c 一、铁路的弯道 ‎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，而是斜向弯道的内侧.‎ ‎(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 17‎ 汽车过拱形桥 汽车过凹形桥 受力 分析 向心力 Fn＝mg－FN＝m Fn＝FN－mg＝m 对桥的 压力 FN′＝mg－m FN′＝mg＋m 结论 汽车对桥的压力小于汽车的重力，而且汽车速度越大，对桥的压力越小 汽车对桥的压力大于汽车的重力，而且汽车速度越大，对桥的压力越大 三、航天器中的失重现象 ‎1.向心力分析：宇航员受到的地球引力与座舱对他的支持力的合力提供向心力，mg－FN＝m，所以FN＝mg－m.‎ ‎2.完全失重状态：当v＝时，座舱对宇航员的支持力FN＝0，宇航员处于完全失重状态.‎ 四、离心运动 ‎1.定义：做圆周运动的物体沿切线飞出或做逐渐远离圆心的运动.‎ ‎2.原因：向心力突然消失或合力不足以提供所需的向心力.‎ ‎3.离心运动的应用和防止 ‎(1)应用：离心干燥器；洗衣机的脱水筒；离心制管技术.‎ ‎(2)防止：汽车在公路转弯处必须限速行驶；转动的砂轮、飞轮的转速不能太高.‎ ‎1.判断下列说法的正误.‎ ‎(1)铁路的弯道处，内轨高于外轨.(×)‎ ‎(2)汽车行驶至拱形桥顶部时，对桥面的压力等于车重.(×)‎ ‎(3)汽车行驶至凹形桥底部时，对桥面的压力大于车重.(√)‎ ‎(4)绕地球做匀速圆周运动的航天器中的宇航员处于完全失重状态，故不再受重力.(×)‎ ‎(5)航天器中处于完全失重状态的物体所受合力为零.(×)‎ ‎(6)做离心运动的物体可以沿半径方向向外运动.(×)‎ ‎2.飞机由俯冲转为拉起的一段轨迹可看成一段圆弧，如图1所示，飞机做俯冲拉起运动时，在最低点附近做半径为r＝‎180 m的圆周运动，如果飞行员质量m＝‎70 kg，飞机经过最低点P时的速度v＝‎360 km/h，则这时飞行员对座椅的压力大小约为________.(g取‎10 m/s2)‎ 17‎ 图1‎ 答案　4 589 N 解析　飞机经过最低点时，v＝‎360 km/h＝‎100 m/s.‎ 对飞行员进行受力分析，飞行员在竖直面内共受到重力mg和座椅的支持力FN两个力的作用，根据牛顿第二定律得FN－mg＝m，所以FN＝mg＋m＝70×10 N＋70× N≈4 589 N，由牛顿第三定律得，飞行员对座椅的压力为4 589 N.‎ ‎【考点】向心力公式的简单应用 ‎【题点】竖直面内圆周运动中的动力学问题 一、火车转弯问题 设火车转弯时的运动为匀速圆周运动.‎ ‎(1)如果铁路弯道的内外轨一样高，火车在转弯时的向心力由什么力提供？会导致怎样的后果？‎ ‎(2)实际上在铁路的弯道处外轨略高于内轨，试从向心力的来源分析这样做的优点.‎ ‎(3)当轨道平面与水平面之间的夹角为α，转弯半径为R时，火车行驶速度多大轨道才不受挤压？(重力加速度为g)‎ ‎(4)当火车行驶速度v>v0＝时，轮缘受哪个轨道的压力？当火车行驶速度vv0＝时，重力和支持力的合力提供的向心力不足，此时外侧轨道对轮缘有向里的侧向压力；当火车行驶速度vv0时，外轨道对轮缘有侧压力.‎ ‎(3)当火车行驶速度vmrω2或F合>，‎ 物体做半径变小的近心运动，即“提供过度”，也就是“提供”大于“需要”.‎ ‎③若F合L2‎ C.L1