6.4　生活中的圆周运动-2021-2022学年高一物理教学一体案（人教版2019必修第二册）

§6-4　生活中的圆周运动 一、学习目标 1.会分析火车转弯、汽车过拱形桥等实际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． 二、学习过程 【问题探究】 1．火车转弯时的运动是圆周运动，分析火车的运动回答下列问题： (1)如果轨道是水平的，火车转弯时受到哪些力的作用？需要的向心力由谁来提供？ (2)靠这种方式使火车转弯有哪些危害？如何改进？ 2．摩托车在平直公路转弯和火车转弯，它们的共同点是什么？提供向心力的方式一样吗？ 【知识点1】火车转弯 1．如果铁道弯道的内外轨一样高，火车转弯时，由外轨对轮缘的弹力提供向心力，由于火车质量太大，因此需要很大的向心力，靠这种方法得到向心力，不仅铁轨和车轮极易受损，还可能使火车侧翻． 2．铁路弯道的特点 (1)弯道处外轨略高于内轨． (2)火车转弯时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．支持力与重力的合力指向圆心． (3)在修筑铁路时，要根据弯道的半径和规定的行驶速度，适当选择内外轨的高度差，使转弯时所需的向心力几乎完全由重力G和弹力FN的合力来提供． 例题1、铁路在弯道处的内外轨道高度是不同的，已知内外轨道平面与水平面的夹角为，如图所示，弯道处的圆弧半径为，若火车的质量为，则 A. 若火车转弯时速度小于，内轨对内侧车轮轮缘有挤压 B. 若火车转弯时速度大于，内轨对内侧车轮轮缘有挤压 C. 若火车转弯时速度小于，铁轨对火车在垂直于轨道平面的支持力等于 D. 若火车转弯时速度小于，铁轨对火车在垂直于轨道平面的支持力大于 跟踪训练：如图所示，图中甲汽车在水平路面上转弯行驶，图中乙汽车在倾斜路面上转弯行驶．关于两辆汽车的受力情况，以下说法正确的是 A. 两车都受到路面竖直向上的支持力作用 B. 两车都一定受平行路面指向弯道内侧的摩擦力 C. 甲车可能不受平行路面指向弯道内侧的摩擦力 D. 乙车可能受平行路面指向弯道外侧的摩擦力 【问题探究】 1．生活中我们经常会看到美丽的拱形桥，而很少见到凹形桥，拱形桥有哪些优点呢？汽车以恒定速率在一段凹凸不平的路面上行驶，最容易发生爆胎事故的是凹处还是凸处？ 2．可以把地球看作一个巨大的拱形桥(如图)，桥面的半径就是地球的半径R.地面上有一辆汽车在行驶，所受重力G＝mg，地面对它的支持力是FN. 根据上面的分析，汽车速度越大，地面对它的支持力就越小．会不会出现这样的情况：速度大到一定程度时，地面对车的支持力是0？这时驾驶员与座椅之间的压力是多少？驾驶员躯体各部分之间的压力是多少？他这时可能有什么感觉？ 【知识点2】 汽车过桥问题与航天器中的失重现象 1．汽车过桥问题 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，汽车对桥的压力越小 汽车对桥的压力大于汽车的重力，而且汽车速度越大，汽车对桥的压力越大 2．航天器中的失重现象 ①向心力分析：航天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，由牛顿第二定律：mg－FN＝m，所以FN＝m(g－)． ②完全失重状态：当v＝时座舱对航天员的支持力FN＝0，航天员处于完全失重状态． 例题2、汽车在崎岖不平的道路上以相同的速率行驶，假设道路如图所示，汽车最容易爆胎的位置是      A. 处 B. 处 C. 处 D. 处 例题3、我们常常在公园和古村落中见到拱形桥，如图所示。一辆质量为的小车，以速度经过半径为的拱形桥最高点，如图所示，取求： 桥对小车支持力的大小； 为保证安全，小车经过桥顶时不能离开桥面，则此时的最大速度为多少？ 若小车以的速度通过半径为的凹形路面，如图所示。求经过最低点时路面对小车支持力的大小。 【问题探究】链球比赛中，高速旋转的链球被放手后会飞出(如图甲所示)；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(如图乙所示)． (1)链球飞出后受什么力？ (2)你能说出水滴沿着伞的边缘切线飞出的原因吗？ (3)物体做离心运动的条件是什么？ 【知识点3】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；分离血浆和红细胞的离心机． (2)防止：转动的砂轮、飞轮的转速不能太高；在公路弯道，车辆不允许超过规定的速度． 例题4、绕地球作匀速圆周运动的人造地球卫星内，其内物体处于完全失重状态，则物体 A. 不受地球引力作用 B. 所受引力全部