6.4 生活中的圆周运动 -2021-2022学年高一物理备课帮导学案（人教版2019必修第二册）

§6.4生活中的圆周运动 目标展示 〖教学目标〗 1、进一步加深对向心力的认识,会在实际问题中分析向心力的来源 2、能定性分析火车外轨比内轨高的原因,及车速变化时内外轨的压力变化 3、能定量计算汽车过拱桥最高点和凹形桥最低点的压力问题 4、知道离心运动及其产生条件,了解离心运动的应用于防止 〖核心素养〗 物理观念:能建立火车转弯和汽车过拱桥等几个物理模型的物理观念。 科学思维:培养学生独立观察、分析问题、解决问题的能力,提高学生概括总结知识的能力。 科学探究:通过对几个圆周运动的事例分析,掌握用牛顿第二定律分析向心力的方法。 科学态度与责任:通过离心运动的应用和防止的实例分析.使学生明白事物都是一分为二的,要学会用一分为二的观点来看待问题,养成良好的思维表述习惯和科学的价值观。 〖教学重点与难点〗 重点:具体问题中向心力的来源理解牛顿第二定律在圆周运动上的应用,会确定轨道平面、圆心及向心力。 难点:1、具体问题中向心力的来源尤其是火车转弯问题。 2、离心现象的理解 预习案 使用说明及学法指导(正确的方法会取得事半功倍的效果!) 1.首先明确“知识必备”中的两个知识点;然后再通读教材,查找资料,完成“教材助读”中的问题; 2.完成时间:20分钟。 知识必备(你准备好了吗?) 1.受力分析求合力 2.圆周运动的基本规律 教材助读(问题引领方向!) 1.理解货车转弯,汽车过拱形桥的基本原理 2.认识航天器中的失重现象和失重现象 预习检测(检测有助于查找存在的问题和不足!) 1.火车以半径R= 900 m转弯,火车质量为8×105kg,设计通过速度为30m/s,火车轨距l=1.4 m,要使火车安全通过弯道,轨道应该垫的高度h?(θ较小时tanθ=sinθ) 【答案】0.14m 【解析】根据牛顿第二定律得mgtanθ=m,由题意得tanθ=sinθ=联立得h=0.14m 2.小车质量为1500kg,以10m/s速度经过半径为50m的拱形桥的最高点,如图甲所示,取g=10m/s2. (1)求桥对小车支持力的大小; (2)如图乙所示,凹形路的半径也为50m,该小车以相同的速度通过凹形路的最低点时,求路面对小车支持力的大小; 【答案】(1)(2) 【解析】(1)根据牛顿第二定律和向心力方程: 可得: (2)根据牛顿第二定律和向心力方程: 可得: 3.如图所示,光滑的水平面上,小球m在拉力F作用下做匀速圆周运动,若小球到达P点时F突然发生变化,下列关于小球运动的说法正确的是( ) A.F突然消失,小球将沿轨迹Pa做离心运动 B.F突然变小,小球将沿轨迹Pa做离心运动 C.F突然变大,小球将沿轨迹Pb做离心运动 D.F突然变小,小球将沿轨迹Pc逐渐靠近圆心 【答案】A 【解析】若F突然消失,小球所受合力突变为零,将沿切线方向匀速飞出,A正确;若F突然变小不足以提供所需向心力,小球将做逐渐远离圆心的离心运动,B、D错误;若F突然变大,超过了所需向心力,小球将做逐渐靠近圆心的运动,C错误. 我的疑问(发现问题比解决问题更重要!) 请将预习中未能解决的问题和疑问写下来,待课堂上与老师和同学探究解决。 探究案 质疑探究(质疑解疑,合作探究) 探究点一:火车转弯 例1.某铁路转弯处的圆弧半径是500m,若规定火车通过这个弯道的速度为一质量为的机车俗称火车头通过该弯道,机车转弯时可以简化为质点做圆周运动,g取。 若弯道处的铁轨铺设在水平路基上,如图1所示,求铁轨对车轮的侧向弹力大小; 若弯道处的铁轨铺设在倾斜路基上,如图2所示,为了使铁轨对车轮没有侧向弹力,则路基的倾角多大?求出的任一三角函数值即可 【答案】(1) ;(2)0.08 【解析】(1)若在水平路基上,侧向弹力提供向心力,即,代入数据解得 (2)由受力分析如图所示可得,根据牛顿第二定律,解得 拓展:上例中,要提高火车的速度为108 km/h,则火车要想安全通过弯道需要如何改进铁轨? 【解析】速率变为原来的倍,则由mgtanθ=m,可知Rtanθ要变为原来的倍,可以选择增大R,也可以选择增加高度h。 针对训练1.火车轨道在转弯处外轨高于内轨,其高度差由转弯半径与火车速度确定.若在某转弯处规定行驶速度为v,则下列说法中正确的是:( ) A.当速度大于v时,轮缘挤压内轨 B.当速度小于v时,轮缘挤压外轨 C.若要提高规定速度v,可以通过减小内外轨道高度差来实现 D.当以v的速度通过此弯路时,火车重力与轨道面支持力的合力提供向心力 【答案】D 【解析】火车转弯时,为了保护铁轨,应避免车轮边缘与铁轨间的摩擦,故火车受到重力和支持力的合力完全提供向心力,设此时火车的速度为,则根据牛顿第二定律得:,解得:,为内外轨道的高度差,为路面的宽度; A、若速度大于规定速度,重力和支持力的合力不够提供,此时外轨对火车有