第3章 第3节 离心现象（教师用书word）-2022-2023学年新教材高中物理必修第二册【精讲精练】鲁科版

第3节　离心现象 [学业要求与核心素养] 物理观念 科学思维 1．分析具体圆周运动问题中向心力来源。 2．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。 能解决生活中的圆周运动问题。 一、车辆转弯时所需的向心力 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__，因而具有向心加速度，由于其质量巨大，所以需要很大的__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轨道的__圆心__，它提供了火车做圆周运动的__向心力__。 二、竖直平面内的圆周运动分析 1．向心力来源(最高点和最低点) 汽车做圆周运动，__重力__和__桥面的支持力__的合力提供向心力。 2．动力学关系 (1)如图所示，汽车在凸形桥的最高点时，满足的关系为__mg－FN__＝，FN＝　mg－　，由牛顿第三定律可知，汽车对桥面的压力大小等于支持力，因此汽车在凸形桥上运动时，对桥的压力__小于__重力，当v＝　　时，其压力为零。 (2)如图所示，汽车经过凹形桥的最低点时，满足的关系为__FN－mg__＝，FN＝　mg＋　，汽车对桥的压力大小FN′＝FN。因此汽车过凹形桥时，对桥的压力__大于__重力。 三、生活中的离心运动 1．定义：物体沿切线飞出或做逐渐__远离圆心__的运动。 2．原因：心力突然消失或合外力不足以提供所需__向心力__。 3．应用：洗衣机的__脱水筒__，制作__无缝钢管__、水泥管道、水泥电线杆等。 1．判断下列说法的正误。 (1)火车转弯时的向心力是车轨与车轮间的挤压提供的。(×) (2)火车通过弯道时具有速度的限制。(√) (3)汽车在拱形桥上行驶，速度较小时，对桥面的压力大于车重；速度较大时，对桥面的压力小于车重。(×) (4)汽车过凹形桥底部时，对桥面的压力一定大于车重。(√) 2．(多选)关于火车转弯，下列说法中正确的是(　　) A．轨道的弯道应是外轨略高于内轨 B．轨道的弯道应是内轨略高于外轨 C．按规定速率转弯内外轨对车轮均无侧向压力 D．按规定速率转弯内外轨对车轮均有侧向压力 解析　在转弯过程中，要有力提供向心力，为了减小轨道对轮缘的压力作用，通常做得外轨高于内轨，选项A正确；同理选项C正确。故选A、C。 答案　AC 知识点一　火车转弯问题的分析 1．圆周平面的特点 弯道处外轨高于内轨，但火车在行驶过程中，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。 2．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mgtan 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) 3．轨道压力分析 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弹力的合力提供，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。 　火车轨道的转弯处外轨高于内轨，如图所示。若已知某转弯处内外轨道对水平面倾角为θ，火车以某一速率v通过该弯道时，内外轨道均不受侧向压力，则下列说法中正确的是(　　) A．火车弯道的轨道半径R＝ B．当火车速度大于v时，外轨将受到侧向压力作用 C．当火车速度小于v时，外轨将受到侧向压力作用 D．当火车质量改变时，要使内外轨都不受侧向压力作用，其行驶的速率v要改变 [解析]　火车转弯时，内外轨道均不受侧向压力，重力与轨道支持力的合力提供向心加速度，mgtan θ＝m，得R＝；当速度大于临界速度v时，mgtan θ<m，火车将做离心运动，外轨将受到侧向压力作用；当速度小于临界速度v时，mgtan θ>m，火车将做近心运动，内轨将受到侧向压力作用；由mgtan θ＝m，得v＝，内外轨都不受侧向压力时临界速度与质量无关；综上分析，B正确。 [答案]　B [思维升华] 火车转弯问题的两点注意 (1)合外力的方向：火车转弯时，火车所受合外力沿水平方向指向圆心，而不是沿轨道斜面向下。 (2)受力分析：火车转弯速率大于或小于规定速率时，火车受到四个力的作用，即重力、轨道的支持力、摩擦力和外轨或内轨对火车有侧向挤压力，侧向挤压力的方向沿轨道平面向里或向外，合力沿水平面指向圆心。 1. (2021·延边练习)如图所示，当列车以恒定速率v通过一段半径为r的水平圆弧形弯道时，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