第6章 第4节 生活中的圆周运动（Word教参）-【优化指导】2021-2022学年新教材高中物理必修第二册 (人教版2019)

第4节　生活中的圆周运动 核心素养 物理观念 科学思维 科学态度与责任 1．根据所学知识分析生活中的圆周运动。 2．知道航天器中的失重现象。 3．知道离心运动产生的原因，了解其在生活中的应用，并知道离心运动所带来的危害 通过了解生活、生产中圆周运动的实例，体会模型建构的方法 观察生活中的圆周运动和离心现象，培养将物理知识应用于生活和生产实践的意识 [对应学生用书P35] 知识点一 火车转弯 1．在水平路面上转弯 火车转弯时实际是在做圆周运动❶，因而具有向心加速度。如果铁路弯道的内外轨一样高，火车转弯时，外侧车轮的轮缘就挤压外轨❷，使外轨发生弹性形变，外轨对轮缘的弹力是火车转弯所需向心力的主要来源。 2．在倾斜路面上转弯 在弯道处使外轨略高于内轨，火车转弯时铁轨对火车的支持力FN的方向不再是竖直的，而是斜向弯道的内侧，它与重力mg的合力指向圆心，为火车转弯提供了一部分向心力。这就减轻了轮缘与外轨❷的挤压。 1．铁轨弯道处外高内低，是为了方便火车转弯。(　　√　　) 2．若弯道处重力与支持力的合力恰好提供火车做圆周运动的向心力，则火车处于平衡状态。(　　×　　) 知识点二 汽车过拱形桥　航天器中的失重现象 1．汽车过拱形桥时的运动也可以看作圆周运动。汽车在拱形桥的最高点时，竖直方向受到重力mg和桥的支持力FN，它们的合力就是使汽车做圆周运动的向心力，有mg－FN＝，由此解出桥对车的支持力FN＝mg－m，由牛顿第三定律得汽车对桥的压力的大小为FN′＝mg－m。 2．公路在通过小型水库泄洪闸的下游时常常要修建凹形路面，也叫“过水路面”。汽车通过凹形桥❸时的运动也可看作圆周运动。 3．航天器中的失重现象❹：航天员受地球引力和飞船座舱对他的支持力FN，引力和支持力的合力为他提供绕地球做圆周运动的向心力，即mg－FN＝m，即支持力FN＝mg－m，当v＝ 时座舱对船员的支持力FN＝0，航天员处于完全失重状态。 知识点三 离心运动 1．做圆周运动的物体，一旦向心力突然消失，物体就沿切线方向飞出去。除了向心力突然消失外，在合力不足以❺提供所需的向心力，物体虽然不会沿切线飞出，也会逐渐远离圆心，这里描述的运动叫作离心运动。 2．离心运动的应用和危害的预防 (1)离心运动的应用：洗衣机脱水，纺织厂用以干燥棉纱、毛线及纺织品，离心制管技术、离心机等。 (2)离心运动危害的预防：在公路弯道，车辆不允许超过规定的速度；高速转动的砂轮和飞轮等，都不得超过允许的最大转速。 1．“天宫一号”实验舱内可用水银气压计测舱内气压。(　　×　　) 2．汽车以速度v通过拱形桥最高点时，汽车处于失重状态。(　　√　　) 3．当向心力不足或突然消失时才产生离心现象。(　　√　　) 4．做匀速圆周运动的物体，当它所受的所有力都消失时，它将做离心运动。(　　√　　) 批注❶：铁路轨道是曲线，可视为很多段半径不同的小圆弧，火车在每一小段的运动可视为圆周运动。 批注❷：轮缘与外轨 批注❸：凹形桥——泸定桥 批注❹：航天器中的所有物体都处于完全失重状态。 批注❺：提供的向心力指物体所受外力的合力在沿运动半径方向上的分力。需要的向心力由物体的运动半径和速度决定，即Fn＝。 [对应学生用书P36] 探究点一　转弯问题与圆锥摆模型　(科学思维之提升) ►情境探究 汽车转弯时的路面为什么外高内低？ 提示：汽车所受的支持力与重力的合力提供向心力，可以避免汽车向外侧滑，从而提高汽车转弯时的安全性。 ►探究归纳 1．火车转弯 (1)火车转弯时向心力的来源：由重力和支持力的合力提供。 (2)火车做圆周运动，轨迹在水平面内。 (3)轨道对轮缘无挤压，此时火车的速度为临界速度，由 mg tan θ＝m可得临界速度v0＝。 ①当v＞v0时，外轨对轮缘产生向内的弹力，外轨易损坏。 ②当v＜v0时，内轨对轮缘产生向外的弹力，内轨易损坏。 2．汽车转弯 (1)汽车赛道转弯处是外高内低。 (2)弯道规定的速度取决于弯道半径和倾角，有v0＝。 ►对点例练 火车转弯时的运动可看成圆周运动，如图所示是火车轮缘与铁轨的位置情况，关于火车转弯时的向心力，以下说法正确的是(　　) ①如果铁路弯道内外轨一样高，火车转弯时，外轨对轮缘的弹力提供火车转弯时的向心力 ②如果铁路弯道内外轨一样高，火车转弯时，内轨对轮缘的弹力提供火车转弯时的向心力 ③为了保证安全，可以使外轨略高于内轨 ④为了保证安全，可以使内轨略高于外轨 A．①③正确 B．①④正确 C．②③正确 D．②④正确 A　解析：如果铁路弯道内外轨一样高，火车转弯时，向心力指向圆心，则此时外轨对轮缘的弹力提供火车转弯时的向心力，①正确，②错误；为了保证安全，可以使外轨略高于内轨，铁轨对火车的支持力斜向上，当速度适当时支持力和火车的重