6.4 生活中的圆周运动-2022-2023学年高一物理同步备课讲义 (人教版2019必修第二册)

6.4 生活中的圆周运动 [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． 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 提供向心力，由于火车质量太大，因此需要很 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 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 ．支持力与重力的合力指向 ． 3　 在修筑铁路时，要根据弯道的 和 ，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． 2、 汽车过拱形桥 汽车过拱形桥 汽车过凹形桥 受力 分析 向心力 Fn＝ ＝m Fn＝ ＝m 对桥的压力 FN′＝mg－m FN′＝mg＋m 结论 汽车对桥的压力 汽车的重力，而且汽车速度越大，汽车对桥的压力 汽车对桥的压力 汽车的重力，而且汽车速度越大，汽车对桥的压力 3、 航天器中的失重现象 1． 向心力分析：航天员受到的地球 与座舱对他的 的合力提供向心力，由牛顿第二定律： ＝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 状态． 4、 离心运动 1． 定义：做圆周运动的物体沿 飞出或做 圆心的运动． 2． 原因：向心力突然 或合力 ． 3． 离心运动的应用和防止 1　 应用：离心干燥器；洗衣机的 ；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 ． 1． 航天器中处于完全失重状态的物体所受合力为零.(　　) 2． 物体一直不受外力作用时，可能做离心运动(　　) 3． 在外界提供的向心力突然变大时，原来做匀速圆周运动的物体将做离心运动(　　) 4． 绕地球做匀速圆周运动的航天器中的航天员处于完全失重状态，故不再受重力．(　　) 5． 做离心运动的物体可能沿半径方向向外运动．(　　) 6． 只要向心力的数值发生变化，原来做匀速圆周运动的物体就将做离心运动(　　) 7． 当外界提供的向心力突然消失或数值变小时，原来做匀速圆周运动的物体将做离心运动(　　) 知识点一：火车转弯问题 　 摩托车在水平道路上转弯(图2甲)和火车转弯(图乙)，它们的共同点是什么？提供向心力的方式一样吗？铁路弯道处铁轨有什么特点？ 图2 【探究重点】 1． 火车车轮的结构特点 火车的车轮上有突出的轮缘，火车行驶时，有轮缘的一侧在轨道内．作用：有助于固定运动轨迹． 2． 弯道的特点 铁路弯道处，外轨高于内轨，若火车按规定的速度v0行驶，转弯所需的向心力完全由重力和支持力的合力提供，即mgtan θ＝m，如图所示，则v0＝，其中R为弯道半径，θ为轨道平面与水平面间的夹角(θ很小的情况下，tan θ≈sin θ)． 3． 速度与轨道压力的关系 1　 当火车行驶速度v等于规定速度v0时，所需向心力仅由重力和支持力的合力提供，此时内外轨道对火车无挤压作用． 2　 当火车行驶速度v>v0时，外轨道对轮缘有侧压力． 3　 当火车行驶速度v<v0时，内轨道对轮缘有侧压力． 【例题精讲】 1. (2021届广东实验中学高三阶段测试)如图所示，当列车以恒定速率通过一段水平圆弧形弯道时，乘客发现在车厢顶部悬挂玩具小熊的细线与车厢侧壁平行。同时观察放在桌面上水杯内的水面(与车厢底板平行)。已知此弯道路面的倾角为，不计空气阻力，重力加速度为g，则下列判断正确的是(　　) A．列车转弯时的向心加速度大小为gtan B．列车的轮缘与轨道均无侧向挤压作用 C．水杯受到指向桌面外侧的静摩擦力 D．水杯内水面与桌面不平行 【巩固训练】 2. (多选)(2020·太原五中高一月考)在修筑铁路时，弯道处的外轨会略高于内轨．如图3所示，当火车以规定的行驶速度转弯时，内、外轨均不会受到轮缘的挤压，设此时的速度大小为v，重力加速度为g，两轨所在面的倾角为θ，则(　　) 图3 A．该弯道的半径r＝ B．当火车质量改变时，规定的行驶速度大小不变 C．当火车速率大于v时，内轨将受到轮缘的挤压 D．当火车速率