第六章 第4节 生活中的圆周运动（Word教参）-【优化指导】2023-2024学年新教材高中物理必修第二册（人教版2019）

第4节　生活中的圆周运动 物理观念 科学思维 科学态度与责任 1．根据所学知识分析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，了解其在生活中的应用，并知道离心运动所带来的危害。 　　通过生活生产中做圆周运动的实例，在此过程中体会模型建构的方法。 　　观察生活中的圆周运动和离心现象，培养将物理知识应用于生活和生产实践的意识。 [对应学生用书P50] 一、火车转弯 1．在水平路面上转弯 　　　　　　　 ↑ 火车转弯时实际是在做圆周运动，因而具有向心加速度。如果铁路弯道的内外轨一样高，火车转弯时，外侧车轮的轮缘挤压外轨，使外轨发生弹性形变，外轨对轮缘的弹力是火车转弯所需向心力的主要来源。 2．在倾斜上路面转弯 如果在弯道处使外轨略高于内轨，火车转弯时铁轨对火车的支持力FN的方向不再是竖直的，而是斜向弯道的内侧，它与重力mg的合力指向圆心，为火车转弯提供了一部分向心力。这就减轻了轮缘与外轨间的挤压。 二、汽车过拱形桥、航天器中的失重现象 1．汽车过拱桥时的运动也可以看作圆周运动。 汽车在竖直方向受到重力mg和桥的支持力FN，它们的合力就是使汽车做圆周运动的向心力F。所以mg－FN＝，由此解出桥对车的支持力FN＝mg－，由牛顿第三定律得压力的大小为：FN′＝mg－。 2．汽车过凹形路面的最低点：公路在通过水库泄洪闸下游时常常要修建凹形路面，也叫“过水路面”。汽车过凹形桥时的运动也可看作圆周运动。 3．航天器中的失重现象：航天员受地球引力和飞船座舱对他的支持力FN，引力和支持力的合力为他提供做圆周运动的向心力F。所以mg－FN＝，即支持力FN＝mg－，当FN＝0，航天员处于完全失重状态。 三、离心运动 1．做圆周运动的物体，—旦向心力突然消失，物体就沿切线方向飞去，离圆心越来越远。除了向心力突然消失外，在合力不足以提供所需的向心力，物体虽然不会沿切线飞出，也会逐渐远离圆心。 ↓ 　　　 2．离心运动的应用和防止 (1)离心运动的应用：洗衣机脱水、纺织厂使棉纱、毛线、纺织品干燥、离心制管技术、离心机等。 (2)离心运动的防止：在公路弯道，车辆不允许超过规定的速度、高速转动的砂轮和飞轮等，都不得超过允许的最大转速。 1．(物理与生活)如图所示，这是某人骑摩托车在弯道处(水平路面)转弯的情境，判断下列说法的正误。(对的画“√”，错的画“×”) (1)弯道半径很大，故摩托车转弯需要的向心力很小。(　　×　　) (2)摩托车的倾斜方向即摩擦力与支持力的合力方向。(　　√　　) (3)摩托车转弯时的向心力是由重力与路面支持力的合力提供。(　　×　　) (4)若路面由于结冰突然变得光滑，摩托车将沿切线方向远离圆心。(　　√　　) (5)摩托车通过弯道时应减速行驶。(　　√　　) (6)摩托车驶过拱桥最高点，对桥的压力可能等于零。(　　√　　) 2．(教材拓展P37)“思考与讨论” 地球可以看作一个巨大的拱形桥，桥面的半径就是地球的半径。 (1)速度大到一定程度时，地面对车的支持力是否可以是零？ (2)驾驶员是否处于完全失重状态？ 提示：(1)可以。 (2)是。 [对应学生用书P51] 探究点一 转弯问题与圆锥摆模型 人们会注意到，高速公路转弯处常设计成内低外高的斜面式弯道，这样可以使车辆经过弯道时不必大幅度减速，如图所示。 [问题设计] 汽车转弯时的路面为什么内低外高？ 提示：支持力与重力的合力提供向心力，避免汽车向外侧滑，提高汽车转弯时的安全性。 1．火车转弯 (1)火车向心力的来源：由mg和N的合力提供。 (2)火车做圆周运动，轨迹在水平面内。 (3)轨道对轮缘无挤压，此时火车的速度为临界速度，有： mg tan θ＝ 解得临界速度：v0＝。 ①当v＞v0时，外轨对轮缘产生向内的弹力，外轨易损坏。 ②当v＜v0时，内轨对轮缘产生向外的弹力，内轨易损坏。 2．汽车转弯 (1)汽车赛道转弯处是外高内低。 (2)弯道规定的速度取决于弯道半径和倾角v0＝。 3．在长为L的细绳下端拴一个质量为m的小球，绳子上端固定，设法使小球在水平圆周上以大小恒定的速度旋转，细绳所掠过的路径为圆锥表面，这就是圆锥摆。 (1)小球做圆周运动的半径是L sin θ，小球所需的向心力实际是绳子拉力F与重力mg的合力，即：mg tan θ＝mω2L sin θ。 (2)圆锥摆的周期公式： T＝＝2π＝ 2π。 【例1】 (2022·辽宁沈阳高一月考)摩托车转弯时容易发生侧滑(速度过大)或侧翻(车身倾斜角度不当)，所以除了控制速度外车手要将车身倾斜一个适当角度，使车轮受到路面沿转弯半径方向的静摩擦力与路面对车支持力的合力沿车身(过重心)。某摩托车沿水平路面以恒定速率转弯过程中车身与路面间的夹角为θ，已知