第3章 第3节 离心现象（Word教参）-【优化指导】2022-2023学年新教材高中物理必修第二册（鲁科版2019）

第3节　离心现象 核心素养 物理观念 科学思维 科学态度与责任 能用向心力及向心加速度等解释生产生活中的离心现象及其产生的原因．具有与匀速圆周运动相关的运动与相互作用的观念． 能在熟悉情境中运用匀速圆周运动模型解决问题；能对常见的匀速圆周运动进行分析推理，获得结论；能用与匀速圆周运动相关的证据说明结论并作出解释；能从不同角度分析解决匀速圆周运动问题． 认识到生活中的物理问题可以用所学知识解决，科学与生活紧密联系，且对社会的发展有很深的影响． [对应学生用书P79] 知识点一 车辆转弯时所需的向心力 1.汽车转弯问题 (1)向心力来源：受到的静摩擦力❶提供． (2)根据公式f＝m，弯道半径一定，汽车速度超过一定限度❷时，汽车就会向外侧滑． 2．火车转弯问题 (1)转弯处设计外高内低❸． (2)火车以规定速度行驶时，恰好由重力和支持力的合力提供向心力． (3)向心力方程：mg_tan_θ＝m. (4)临界速度：v＝，取决于转弯半径和倾角． 3．飞机转弯问题 飞机转弯时所需的向心力由重力和空气对它的作用力的合力提供． 1．汽车在水平路面上正常转弯时所需要的向心力是滑动摩擦力提供的．(×) 2．车辆在水平路面上转弯时，所受重力与支持力的合力提供向心力．(×) 3．火车弯道的半径很大，故火车转弯需要的向心力很小．(×) 知识点二 竖直平面内的圆周运动分析 1.汽车过凸形路面 汽车驶过凸形路面的顶端时，如图甲所示，由向心力公式G－N＝可知，N<G，根据牛顿第三定律，汽车在凸形路面的顶端时，对路面的压力小于汽车的重力． 2．汽车过凹形路面 汽车在凹形路面底部时，如图乙所示，由向心力公式N－G＝可知N>G，根据牛顿第三定律，汽车在凹形路面底部时，对路面的压力大于汽车的重力❹． 3．游乐场的过山车 当小球沿圆环内侧轨道经过最高点时，向心力F＝mg＋N，根据向心力公式可得mg＋N＝m❺． (1)当N＝0时，mg＝m，小球恰好能通过最高点，此时，小球的速度v＝，所需的向心力完全由重力提供． (2)小球能通过最高点的条件是在最高点的速度大小v≥❻． 1．汽车在拱形桥上行驶，速度小时对桥面的压力大于车重，速度大时压力小于车重．(×) 2．过山车运动到最高点时之所以不掉下来是因为受到了向上的作用力．(×) 3．过山车经过轨道最低点时对轨道的压力大于自身的重力．(√) 知识点三 生活中的离心运动 1.定义：做圆周运动的物体，在受到的向心力突然消失或者不足以提供做圆周运动所需的向心力的情况下，将远离圆心运动． 2．离心运动的应用和防止 (1)应用：离心分离器；离心干燥器；洗衣机的脱水筒． (2)防止：飞机翻飞旋转，造成过荷现象；汽车在公路转弯处必须放慢行车速度❼． 1．做离心运动的物体沿半径方向远离圆心．(×) 2．做圆周运动的物体只有突然失去向心力时才做离心运动．(×) 3．当半径方向的合外力不足以提供物体做圆周运动所需的向心力时，物体沿圆周与切线之间的曲线做离心运动．(√) 批注❶：汽车在水平路面上转弯时，有向外侧滑的趋势，地面会对汽车产生指向内侧的静摩擦力． 批注❷：汽车转弯时的最大速度为v＝ ，受最大静摩擦力的制约． 实例：雪天，路面与汽车的最大静摩擦力变小，汽车转弯时更容易发生侧滑． 批注❸：火车转弯处的轨道和自行车转弯处的赛道都要外侧高、内侧略低，这样设计的目的是为了防止车速过快而导致发生侧滑现象． 批注❹：汽车过拱形桥时对桥的压力小于重力，过凹形桥时对桥的压力大于重力，所以桥多为拱形桥． 批注❺：过山车在最高点时和汽车过拱桥时，都是弹力与重力的合力提供向心力． 批注❻：过山车在最高点时若速度过小，容易发生事故． 批注❼： 车辆转弯时限速是为了减小转弯时需要的向心力． [对应学生用书P81] 探究点一　火车或汽车转弯问题分析(水平面内的匀速圆周运动模型)　 (科学思维之提升) ►探究归纳 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．圆周平面的特点：弯道处外高内低，但火车或汽车在行驶过程中，重心高度不变，即重心轨迹在同一水平面内，向心加速度和向心力均沿水平面指向圆心． 3．向心力的来源：车速合适时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. 4．转弯规定速度：若火车或汽车转弯时只受重力和支持力作用，则mg tan θ＝m，可得转弯规定速度v0＝.[R为弯道半径，θ为轨道平面(或路面)与水平面的夹角] 5．轨道压力与火车速度的关系 (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，此时火车对内、外轨道无挤压作用． (2)当火车行驶速度v