第6章 第4节 生活中的圆周运动（Word教参）-【优化指导】2022-2023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P46] 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❻。 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＝。 批注❻：(1)离心运动并不是受“离心力”作用而产生的运动； (2)离心运动并不是沿半径方向向外远离圆心的运动。 [对应学生用书P48] 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 火车车轮的特点 如图所示，火车的车轮有凸出的轮缘，火车在铁轨上运行时，车轮与铁轨有水平与竖直两个接触面，这种结构特点，主要是避免火车运行时脱轨 向心力来源分析 火车速度合适时，火车受重力和支持力作用，火车转弯所需的向心力完全由重力和支持力的合力提供，合力沿水平方向，大小F＝mg tan θ 规定速度分析 若火车转弯时只受重力和支持力作用，不受轨道压力，则mg tan θ＝m，可得v0＝(R为弯道半径，θ为轨道所在平面与水平面的夹角，v0为转弯处的规定速度) 轨道压力分析 (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，此时火车对内外轨道无挤压作用。 (2)当火车行驶速度v与规定速度v0不相等时，火车所需向心力不再仅由重力和支持力的合力提供，此时内外轨道对火车轮缘有挤压作用，具体情况如下： ①当火车行驶速度v＞v0时，外轨道对轮缘有侧压力 ②当火车行驶速度v＜v0时，内轨道对轮缘有侧压力 ►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，