高中物理人教版 (2019)必修 第二册4 生活中的圆周运动第一课时学案

6.4生活中的圆周运动（1）

学习目标：

1. 掌握应用牛顿运动定律解决匀速圆周运动问题的一般方法，会处理水平面、竖直面的问题
2. 在变速圆周运动中，能用向心力和向心加速度的公式求最高点和最低点的向心力和向心加速度
3. 通过解决生活、生产中圆周运动的实际问题

【基础感知】

火车转弯问题

1．请根据你所了解的以及你刚才从课本图片中观察到的情况，说一说火车的车轮结构如何？轨道结构如何？

2．如果内外轨一样高，火车转弯时做曲线运动，所受合外力应该怎样？需要的向心力由哪些力提供？

3．火车的质量很大，行驶的速度很大，如此长时间后，对轨道和列车有什么影响？如何改进才能够使轨道和轮缘不容易损坏呢？

4．分析：当外轨比内轨高时，铁轨对火车的支持力不再是竖直向上，和重力的合力可以提供向心力，可以减轻轨和轮缘的挤压。最佳情况是向心力恰好由支持力和重力的合力提供，铁轨的内、外轨均不受到侧向挤压的力。思考：火车转弯的轨迹圆           （是/不是）在水平面内

①       受力分析：如图所示火车受到的支持力和重力的合力水平指向圆心，成为使火车拐弯的向心力

②       力学方程：根据牛顿第二定律得：                      

其中是               ，是内外轨道       （受/不受）侧向挤压时的速度

③解上面方程得：=            ，则最佳转弯情况由               共同决定

当火车的速度为时，可有三种可能：

当时，内外轨均不受侧向挤压的力

当时，                         

当时，                             

例1、铁路转弯处的圆弧半径是1435米，内外轨的间距是1.435米，规定火车通过这里的速度是72，则内外轨的高度差应为多少才能使轨道不受轮缘的挤压？（当夹角很小时，可以认为）

竖直平面内的圆周运动（最高点和最低点）

    1．汽车在水平路面上匀速行驶或静止时，在竖直方向上受力如何？如果汽车在拱形桥顶点静止时，桥面受到的压力如何？

2．如果汽车在拱形桥上，以某一速度通过拱形桥的最高点的时候，桥面受到的压力如何？

3．如果速度不断增大，会有什么现象发生？

4．如果是凹形桥，汽车行驶到最低点时，桥面受到的压力如何？

例2、一辆满载的卡车在起伏的公路上保持速度大小不变行驶，如图所示，由于轮胎过热，容易爆胎，爆胎可能性最大的地段是（    ）

思考：地球可以看做一个巨大的拱形桥，当地面对车的支持力是0时，汽车速度是多少？（地球半径为,重力加速度为）

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，               ＝m，所以FN＝           .

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.

离心运动

1.定义：做圆周运动的物体沿切线飞出或做                 的运动.

2.原因：向心力突然消失或合力不足以提供                 。当向心力突然消失，物体将           ，      

当合力不足以提供向心力时，物体                。

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.

【课堂检测】

1．铁路在弯道处的内、外轨道高低是不同的，已知内外轨道对水平面倾角为θ，如图所示，弯道处的圆弧半径为R，若质量为的火车转弯是速度小于，则（    ）

A．内轨对车轮缘有挤压                 B．外轨对车轮缘有挤压

C．这时铁轨对火车的支持力等于mg/cosθ  D．这时铁轨对火车的支持力大于mg/cosθ

2．有一运输西瓜的汽车，以的速率通过一个半径为的凹形桥，车经凹形桥最低点时，车中间一个质量为的大西瓜受到周围西瓜对它的作用力大小为（取）（   ）

A．           B．          C．           D．