第6章 第4节 生活中的圆周运动 （Word教参）-【新课程学案】新教材2022-2023学年高中物理必修第二册（人教版2019 江苏专版）

第4节　生活中的圆周运动 核心素养导学 物理观念 (1)了解生活中的各种圆周运动现象。 (2)知道航天器中的失重现象。 (3)知道离心运动产生的原因。 科学思维 (1)能根据所学知识分析生活中的各种圆周运动现象。 (2)会分析火车(汽车)转弯、汽车过凸形桥和凹形路面时的有关问题。 科学态度与责任 观察生活中的离心现象，了解其在生活中的应用，并知道离心运动所带来的危害；能体会物理学的技术应用对日常生活的影响。 一、火车转弯 1．向心力来源：如果铁路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。 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。 二、汽车过拱形桥 汽车过凸形桥 汽车过凹形路面 受力分析 向心力 Fn＝mg－FN＝m Fn＝FN－mg＝m 对路面的压力 FN′＝mg－m FN′＝mg＋m 结论 汽车对桥的压力小于汽车所受的重力，而且汽车速度越大，对桥的压力越小 汽车对凹形路面的压力大于汽车的重力，而且汽车速度越大，对凹形路面的压力越大 状态 失重状态 超重状态 三、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飞船座舱对他的支持力的合力提供他绕地球做匀速圆周运动所需的向心力，mg－FN＝m。 2．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。 四、离心运动 1．定义：物体沿切线方向飞出或做逐渐远离圆心的运动。 2．条件：向心力突然消失或合力不足以提供所需向心力。 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。 物体做离心运动不是物体受到离心力的作用，而是外力突然消失或外力不足以提供所需的向心力。　　 1.火车转弯时外轨与内轨的高度一样吗？火车的车轮设计有什么特点？ 提示：火车转弯时外轨与内轨高度不一样，外轨高、内轨低。火车的车轮设计有突出的轮缘，车轮的轮缘卡在铁轨之间。 2．某次演习中，一辆战车以大小不变的速度在起伏不平的路面上行进。 请对以下结论作出判断： (1)战车在B点和C点时，向心加速度方向都是竖直向上的。(×) (2)战车在B点时对路面的压力大于战车的重力。(√) (3)战车在C点时对路面的压力小于战车的重力。(√) (4)战车在C点时对路面的压力可能为零。(√) (5)战车在D处水平路面加速行驶时，对路面的压力大于战车的重力。(×) 3．物体放在水平桌面上，它会对桌面产生压力；如果航天器绕地球做匀速圆周运动，那么航天器中的物体会对航天器产生压力吗？ 提示：航天器中的物体不会对航天器产生压力。 4．如图所示，是一款滚筒洗衣机，其滚筒上有很多可以漏水的小孔，请思考洗衣机是如何将衣服甩干的？ 提示：当滚筒高速旋转时，衣服紧贴着筒壁随滚筒高速转动，衣服上的水滴的附着力不足以提供随滚筒转动的向心力时，水滴会做离心运动从滚筒的小孔中被甩出。 新知学习(一)|火车转弯问题 [重点释解] 1．铁路弯道的特点 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)。 2．轨道侧压力分析 [典例体验] [典例]　某铁路转弯处的圆弧半径是300 m，铁轨的轨距是1 435 mm，火车通过这里的规定速度是72 km/h。 (1)求内外轨的高度差。 (2)保持内外轨的这个高度差，如果列车通过转弯处的速度大于或小于72 km/h，分别会发生什么现象？说明理由。 [解析]　 (1)如图所示， h为内外轨的高度差，d为轨距。 72 km/h＝20 m/s，F＝mgtan α＝m，tan α＝。 由于轨道平面与水平面间的夹角一般很小，可以近似地认为tan α≈sin α＝。 代入上式得＝， 所以内外轨的高度差为h＝＝ m≈0.195 m。 (2)①如果车速v>72 km/h，火车重力和轨道对火车的支持力的合力F将小于需要的向心力，所差的向心力仍需由外轨对轮缘的弹力来弥补。这样就出现外侧车轮的轮缘向外挤压外轨的现象。 ②如果车速v<72 km/h，火车重力和轨道对火车的支持力的合力F将大于需要的向心力，超出的则由内轨对内侧车轮轮缘的弹力来平衡，这样就出现内侧车轮的轮缘向里挤压内轨的现象。 [答案]　(1)0.195 m　(2)见解析 [拓展]　如果该弯道的内外轨一样高，火车质量为100 t，仍以规定速度72