6.4生活中的圆周运动（导学案）-2022-2023学年高一物理同步备课精编优选课件+导学案（人教版2019必修第二册）

第4节　生活中的圆周运动 【知识梳理】 一、火车转弯 1．火车在弯道上的运动特点： 火车在弯道上运动时做圆周运动，具有向心加速度，由于其质量巨大，因此需要很大的向心力。 2．转弯处内外轨一样高的缺点： 如果转弯处内外轨一样高，则由外轨对轮缘的弹力提供向心力，这样铁轨和车轮极易受损。 3．铁路弯道的特点： ①转弯处外轨略高于内轨。 ②铁轨对火车的支持力不是竖直向上的，而是斜向弯道内侧。 ③铁轨对火车的支持力与火车所受重力的合力指向圆心，它提供了火车以规定速度行驶时的向心力。 二、汽车过拱形桥 汽车过凸形桥 汽车过凹形桥 受力 分析 向心力 Fn＝mg－FN＝m Fn＝FN－mg＝m 对桥的 压力 FN′＝mg－m FN′＝mg＋m 结论 汽车对桥的压力小于汽车的重力，而且汽车速度越大，对桥的压力越小 汽车对桥的压力大于汽车的重力，而且汽车速度越大，对桥的压力越大 3、 航天器中的矢重现象 1．向心力分析 航天员受到的重力与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。 4、 离心运动 1．定义：物体沿切线飞出或做逐渐远离圆心的运动。 2．原因：向心力突然消失或合外力不足以提供所需的向心力。 3．离心运动的利用 ①洗衣机脱水； ②炼钢厂制作无缝钢管； ③医务人员从血液中分离血浆和红细胞。 4．离心运动的危害 ①若汽车转弯时速度过大，车轮在路面上打滑易造成交通事故。 ②若转动的砂轮、飞轮转速过高，离心运动会使它们破裂，酿成事故。 【方法突破】 一、火车转弯问题 ■方法归纳 1．火车车轮的特点 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，如图所示。 2．火车弯道的特点 弯道处外轨高于内轨，火车在行驶过程中，重心高度不变，即火车的重心轨迹在同一水平面内，火车的向心加速度和向心力均沿水平面指向圆心。 3．火车转弯的向心力来源 火车速度合适时，火车只受重力和支持力作用，火车转弯时所需的向心力完全由支持力和重力的合力来提供。如图所示。 　　 即mgtanθ＝m，解得v0＝。 4．轨道轮缘压力与火车速度的关系 (1)当火车行驶速率v等于规定速度v0时，内、外轨道对轮缘都没有侧压力。 (2)当火车行驶速度v大于规定速度v0时，火车有离心运动趋势，故外轨道对轮缘有侧压力。 (3)当火车行驶速度v小于规定速度v0时，火车有向心运动趋势，故内轨道对轮缘有侧压力。 特别提醒 汽车、摩托车赛道拐弯处，高速公路转弯处设计成外高内低，也是尽量使车受到的重力和支持力的合力提供向心力，以减小车轮与路面之间的横向摩擦力。 【例1】火车转弯时，如果铁路弯道的内、外轨一样高，则外轨对轮缘（如图1所示）挤压的弹力F提供了火车转弯的向心力（如图2所示），但是靠这种办法得到向心力，铁轨和车轮极易受损。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侧向挤压。设此时的速度大小为v，重力加速度为g，以下说法中正确的是（      ） A．该弯道的半径 B．当火车质量改变时，规定的行驶速度也将改变 C．当火车速率大于v时，外轨将受到轮缘的挤压 D．按规定速度行驶时，支持力小于重力 【针对训练1】为了解决高速列车在弯路上运行时轮轨间的磨损问题，保证列车能安全地通过弯道，常用的办法是将弯道曲线外轨垫高。已知某曲线路段设计两铁轨间距离，外轨比内轨高h，当火车与铁轨间无侧向挤压时的运行速度称为规定速度，则火车过弯的规定速度v与该路段的曲线半径r之间应符合以下哪种关系（　　） A． B． C． D． 二、汽车过桥问题 ■方法归纳 关于汽车过桥问题，用图表概括如下： 内容项目 汽车过凸形桥 汽车过凹形桥 受力分析 以向心力 方向为正方向 mg－FN＝m FN＝mg－m FN－mg＝m　 FN＝mg＋m 牛顿第三 定律 F压＝FN＝mg－m F压＝FN＝mg＋m 讨论 v增大，F压减小；当v增大到时， F压＝0 v增大，F压增大 特别提醒 当汽车行驶在凸形桥上，速度增大时， 汽车对桥的压力减小，当v>时，汽车将脱离桥面，做抛体运动，可能发生危险。 【例2】如图所示，碗质量为M，静止在地面上，质量为m的滑块滑到圆弧形碗的底端时速率为u，已知碗的半径为R，当滑块滑过碗底时，地面受到碗的压力为（　　） A． B． C． D． 【针对训练2】如图所示，质量为m的汽车，沿半径为R的半圆形拱桥运动，当汽车通过拱桥最高点B时速度大小为，则此时（　　）   A．汽车速度越大，对拱形桥压力越小 B．在