(讲义)第2章 第3节 生活中的圆周运动 第4节 离心现象及其应用-【提分教练】2023-2024学年新教材高中物理必修第二册(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 学习任务 1．通过实例了解汽车经过公路弯道处时的向心力来源，能对铁路弯道、拱形与凹形路面模型进行分析。 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和危害。 3．利用生活中圆周运动实例分析，培养学生科学的态度并激发学习兴趣及爱国热情。 知识点一　汽车转弯 1．汽车在水平公路上转弯 (1)汽车相当于在做圆周运动，此时的向心力由车轮与路面间的静摩擦力f来提供。 f＝F＝m。 (2)相关因素 解得汽车转弯时的速度大小 v＝。 从上式可知，急转弯处半径r较小，雨天路滑使最大静摩擦力Ffm减小，汽车质量m过大，这三种情况都需要在转弯时限制速度v的大小。 2．在部分公路弯道处采用外高内低的斜坡式设计 mg与FN的合力提供向心力 F＝mg tan θ＝m 解得v＝此时仅由重力和支持力的合力提供向心力。 　当v＞，静摩擦力方向向哪个方向？ 提示：沿斜面向下。 1：思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)汽车在水平面内转弯时，向心力由静摩擦力提供。 (　　) (2)汽车在斜面处转弯时，速度大小不受限制。 (　　) [答案]　(1)√　(2)× 知识点二　铁路弯道 1．火车在水平轨道上转弯 火车在弯道处实际上做圆周运动，由外侧车轮的轮缘挤压外轨，车轮受外轨的横向力作用，使火车获得转弯所需的向心力。 2．弯道处铁轨的外轨略高于内轨 火车转弯处外轨略高于内轨，巧妙地借助火车受到的支持力和重力的合力提供部分向心力，减轻轮缘对外轨的挤压。 　火车转弯时圆面是沿着轨道吗？ 提示：不是，是沿水平面。 2：思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)铁路弯道的半径很大，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由重力与铁轨支持力的合力提供的。 (　　) [答案]　(1)×　(2)× 知识点三　拱形与凹形路面 汽车过拱形路面最高点及凹形路面最低点的压力分析 项目 拱形路面的最高点 凹形路面的最低点 受力分 析图 向心力 G－FN＝m FN－G＝m 汽车对路 面的压力 FN′＝FN＝G－ FN′＝FN＝G＋m 结论 v增大时，FN′减小；当v增大至时，FN′＝0，此过程为失重 v增大时，FN′增大，此过程为超重 　汽车在拱形路面速度不宜过大，不要使车脱离桥面；在凹形路面速度过大容易爆胎。 3：思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)汽车驶过拱形路面最高点时，对路面压力可能等于零。 (　　) (2)汽车过拱形或凹形路面时，向心加速度的方向都是竖直向上的。 (　　) [答案]　(1)√　(2)× 知识点四　离心现象及其应用 1．离心现象 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．应用：利用离心现象工作的机械叫作离心机械，如洗衣机的脱水筒和离心分离器。 　离心现象是因为受到离心力作用吗？ 提示：不是。 4：思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)绕地球做匀速圆周运动的航天器中的航天员及所有物体均处于完全失重状态。 (　　) (2)做离心运动的物体沿半径方向远离圆心。 (　　) [答案]　(1)√　(2)× 1．2020年2月27日，埃及一列由亚历山大开往马特鲁的火车发生脱轨事故，造成24人受伤。火车因其载客量大、速度快等特点，一旦发生事故就会产生严重的后果。 结合我们所学的向心力的知识，思考在火车转弯时，除了垫高外轨还有哪些措施可减少脱轨事故的发生？ 提示：降低转弯速度、增加弯道半径、禁止超载。 2．在电视或电影中我们经常会看到汽车高速通过一个拱桥时会一跃而起，脱离地面。试分析： (1)这种“飞车”现象产生的原因是什么？ (2)车速到多少时才能达到这种效果呢？ 提示：(1)在最高点时，由于速度太大，重力完全充当向心力，导致汽车脱离地面。 (2)v≥。 考点1　火车转弯问题分析 1．轨迹分析 火车在转弯过程中，运动轨迹是一圆弧，由于火车转弯过程中重心高度不变，故火车轨迹所在的平面是水平面，而不是斜面。火车的向心加速度和向心力均沿水平面指向圆心。 2．向心力分析 (1)若转弯处内外轨一样高，则由外轨对轮缘的弹力提供向心力。 (2)若转弯时外轨略高于内轨，根据弯道的半径和规定的速度，适当选择内、外轨的高度差，则按规定速度转弯时所需的向心力完全由重力和支持力的合力提供。 3．规定速度分析 若火车转弯时只受重力和支持力作用，不受轨道侧压力。则mg tan 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)。 4．轨道轮缘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