第六章 第4节 生活中的圆周运动(Word教参)-【状元桥·优质课堂】2021-2022学年新教材高中物理必修第二册（人教版）

第4节　生活中的圆周运动 1.会分析具体圆周运动问题中向心力的来源，能解决生活中的圆周运动问题. 2.了解航天器中的失重现象及原因. 3.了解离心运动及物体做离心运动的条件，知道离心运动的应用及危害. 科学态度与责任 科学思维 科学思维 知识点一　火车转弯 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． 知识点二　汽车过拱形桥 1．汽车过凸形桥 汽车在凸形桥最高点时，如图甲所示，向心力Fn＝__mg－FN__＝　，故汽车在凸形桥上运动时，对桥的压力__小于__汽车的重力． ，汽车对桥的压力F′N＝FN＝　mg－ 2．汽车过凹形桥 汽车在凹形桥最低点时，如图乙所示，向心力Fn＝__FN－mg__＝，故汽车在凹形桥上运动时，对桥的压力__大于__汽车的重力． ，汽车对桥的压力F′N＝FN＝mg＋ 知识点三　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． 知识点四　离心运动 1．定义：做圆周运动的物体沿切线飞出或__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__脱水桶__；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)车辆在水平路面上转弯时，所受重力与支持力的合力提供向心力．(　　) (2)车辆按规定车速通过“内低外高”的弯道时，向心力是由重力和支持力的合力提供的．(　　) (3)汽车在水平路面上匀速行驶时，对地面的压力等于车重，加速行驶时大于车重．(　　) (4)汽车在拱形桥上行驶，速度小时对桥面的压力大于车重，速度大时压力小于车重．(　　) 答案 (1)×　(2)√　(3)×　(4)× 2．握住体温计的顶部用力甩，就能把水银甩回玻璃泡内，如何解释这个现象？医院每天要用很多支体温计，如果一支支地甩是很费时间的，你能想到简便的方法吗？ 答案 甩体温计是利用离心作用使停留在细口上端的水银回到玻璃泡．医院里同时甩多支体温计时，可以设计一个能高速旋转的圆盘(电动)，将温度计底部朝外固定好，然后高速旋转圆盘，水银都会被甩回玻璃泡内． 考点一　车辆转弯问题的分析 【例题1】 在铁路的拐弯处，路面要造得外高内低，以减小车轮对铁轨的冲击，某段铁路拐弯半径为R，路面与水平面的夹角为θ，要使列车通过时轮缘与铁轨的侧向作用力为零，列车的车速v应为(　　) A. B． C. D． 思维导引：(1)火车转弯时的运动为水平面的圆周运动；(2)当合外力与所需向心力相等时，火车对内、外轨的侧向作用力为零． 答案　C 解析　列车匀速转弯，当列车通过时轮缘与铁轨的侧向作用力为零，重力与支持力的合力提供向心力，如图所示，根据牛顿第二定律，mgtan θ＝m，选项C正确，A、B、D错误．，解得v＝ 解答火车转弯问题的两个关键 1．合力的方向：火车转弯时，火车所受合力沿水平方向指向圆心，而不是沿轨道斜面向下．因为火车转弯的圆周平面是水平面，不是斜面，所以火车的向心力即合力应沿水平面指向圆心． 2．规定速度：火车轨道转弯处的规定速率是唯一的，火车只有按规定的速率转弯，内、外轨才不受火车的挤压作用．速率过大时，由重力、支持力及外轨对轮缘的挤压力的合力提供向心力；速率过小时，由重力、支持力及内轨对轮缘的挤压力的合力提供向心力． 【变式1】 如图所示，在公路转弯处，常采用外高内低的斜面式弯道，这样可以使车辆经过弯道时不必大幅减速，从而提高通行能力且节约燃料．若某处有这样的弯道，其半径为r＝100 m，路面倾角为θ，且tan θ＝0.4，g取10 m/s2. (1)求汽车的最佳通过速度，即不出现侧向摩擦力时的速度． (2)若弯道处动摩擦因数μ＝0.5，且最大静摩擦力等于滑动摩擦力，求汽车的最大速度． 解析 (1)如图甲所示，当汽车通过弯道时，做水平面内的圆周运动，不出现侧向摩擦力时，汽车受到重力G和路面的支持力N两个力作用，两力的合力提供汽车做圆周运动的向心力．