第二章 第三节 生活中的圆周运动 第四节 离心现象及其应用（教师用书）-2022-2023学年新教材高中物理必修第二册【正禾一本通】同步课堂高效讲义（粤教版2019）

第三节　生活中的圆周运动 第四节　离心现象及其应用 【核心素养目标】 物理观念 了解生活中的各种圆周运动现象。知道航天器中的失重现象。知道离心运动产生的原因。 科学思维 能根据所学知识分析生活中的各种圆周运动现象。会分析火车(汽车)转弯、汽车过拱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。 一、公路弯道 1．在水平路面上转弯 汽车在水平公路上转弯时相当于在做圆周运动，此时向心力由车轮与路面间的静摩擦力f来提供，如图所示，根据向心力的公式，有f＝F＝m，解得汽车转弯时的速度大小v＝ 。 2．在倾斜路面上转弯 如图所示，汽车在内低外高的倾斜路面上转弯时，向弯道内侧倾斜，重力mg和地面支持力FN的合力F指向弯道内侧。 F＝mg_tan_θ＝m，解得汽车转弯时的速度大小v＝ 。 二、铁路弯道 1．火车车轮的结构特点 火车的车轮有突出的轮缘，且火车在轨道上运行时，有突出轮缘的一边在轨道的内侧，这种结构的特点有助于稳定火车运动的轨迹。 2．火车转弯时向心力的来源分析 (1)若转弯时内外轨一样高，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。 (2)若内外轨有高度差，依据规定的行驶速度行驶，转弯时向心力几乎完全由重力和支持力的合力提供。 (3)车轮轮缘所受侧压力分析 假设火车弯道处限定速度为v0，火车以不同的速度v行驶时，轮缘所受侧压力分析如下： 三、拱形与凹形路面 1．汽车通过拱形路面 由牛顿第二定律，得G－FN＝m， 由牛顿第三定律可知，汽车对路面的压力大小为FN′＝G－m，方向竖直向下。 学生用书第47页 2．汽车通过凹形路面 由牛顿第二定律得 FN－G＝m 路面对车的支持力FN＝G＋m 由牛顿第三定律可知，汽车对路面的压力大小为FN′＝G＋m，方向竖直向下。 四、离心现象 1．概念 做圆周运动的物体，在所受向心力突然消失或合力不足以提供维持圆周运动所需向心力的情况下，会做逐渐远离圆心的运动，这种现象称为离心现象。 2．条件 合力突然消失或者合力不足以提供所需的向心力。 3．实质 离心现象的实质是物体惯性的表现。做圆周运动的物体，总有沿着圆周切线飞出去的趋势，之所以没有飞出去，是因为受到向心力的作用。 4．离心现象中合力与向心力的关系(如图所示) (1)若F合＝mω2r或F合＝，物体做匀速圆周运动，即“提供”满足“需要”。 (2)若F合<mω2r或F合<，则外力不足以将物体拉回到原圆周轨道上，物体逐渐远离圆心而做离心运动，即“需要”大于“提供”，或“提供不足”。 (3)若F合＝0，则物体沿切线方向飞出。 五、离心现象的应用 1．离心机械 利用离心现象工作的机械叫作离心机械。 2．常见的离心机械 (1)洗衣机的脱水筒。 (2)离心分离器。 1．判断正误 (1)火车弯道的半径很大，故火车转弯需要的向心力很小。(×) (2)火车转弯时的向心力一定是重力与铁轨支持力的合力提供的。(×) (3)汽车驶过凸形桥最高点，对桥的压力可能等于零。(√) (4)汽车过凸形桥或凹形桥时，向心加速度的方向都是竖直向上的。(×) (5)航天器中处于完全失重状态的物体不受重力作用。(×) (6)做圆周运动的物体突然失去向心力时沿切线方向远离圆心。(√) 2．链接实景 生活中的圆周运动随处可见，如运动物体转弯问题，只要你注意观察，就会发现铁路、高速公路、赛车的弯道处，都做成了外高内低的路面，骑自行车、骑摩托车及滑冰拐弯时身体都要向内侧倾斜，如图所示。你知道这是什么原因吗？ 提示：　倾斜身体是为了获得向内侧的静摩擦力，从而获得做圆周运动所需的向心力。 学生用书第48页 知识点一　车辆转弯 如图，火车在铁轨上转弯可以看成是匀速圆周运动。 (1)火车以规定的速度转弯时，什么力提供向心力？ (2)火车转弯时速度过大或过小，会对哪侧轨道有侧压力？ 提示：　(1)以规定的速度转弯时，重力和支持力的合力提供向心力。 (2)转弯时速度过大会对轨道外侧有压力，速度过小会对轨道内侧有压力。 车辆转弯问题的分析方法 求解车辆转弯问题，关键是对向心力的分析与求解，要合理建立“车辆转弯”情景模型，注意把握如下几点： (1)火车或汽车以适当速度通过“外高内低”的弯道时，由重力与支持力的合力提供向心力，其合力沿水平方向指向圆心。 (2)火车在水平弯道上转弯时，铁轨对轮缘的弹力提供向心力。 (3)汽车在水平路面上转弯时，摩擦力提供向心力。 (2022·山西太原高一联考)如图甲所示，在公路转弯处，常采用外高内低的斜面式弯道，这样可以使车辆经过弯道时不必大幅减速，从而提高通行能力且节约燃料。若某处有这样的弯道，其半径为r＝100 m，路面倾角为θ，其横截面如图乙所示，且tan θ＝0.4，取g＝1