6.4 生活中的圆周运动 导学案 -2023-2024学年高一下学期物理人教版（2019）必修第二册

学校 课型 新课 学生 姓名： 班级： 小组： 课时 1 题目 6.4 生活中的圆周运动 年级 高一 学习目标 1.能定性分析火车转弯时外轨高的原因。 2.能定量分析汽车过拱形桥最高点和凹形桥最低点的压力问题。 3.知道航天器中的失重现象的本质。 4.知道离心运动及其产生的条件，了解离心运动的应用和危害。 基础知识 一、火车转弯 1．火车在弯道上的运动特点 火车转弯时做圆周运动，具有 加速度，由于其质量太大，因此需要很大的 。 2．铁路弯道内外轨一样高的缺点 如果铁路弯道内外轨一样高，火车转弯时， 对轮缘的弹力是向心力的主要来源，会使轮缘与外轨间的相互作用力过大，不仅铁轨和车轮极易受损，还可能使火车侧翻。 3．火车转弯 (1)轨道分析 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 指向圆心。 (2)向心力的来源分析如图所示 火车速度合适时，火车受重力和支持力作用，火车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＝ 。 (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mgtanθ＝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)轨道侧压力分析 二、汽车过拱形桥 项目 汽车过拱形桥 汽车过凹形桥 受力 分析 项目 汽车过拱形桥 汽车过凹形桥 向心力 Fn＝mg－FN＝m Fn＝FN－mg＝m 对桥的 压力 FN′＝mg－m FN′＝mg＋m 结论 汽车对桥的压力小于汽车的重力，而且汽车速度越大，对桥的压力越小 汽车对桥的压力大于汽车的重力，而且汽车速度越大，对桥的压力越大 说明　当汽车过拱形桥时，当v≥时，汽车做平抛运动飞离桥面，十分危险。 三、航天器中的失重现象 1．向心力分析 航天员受到的地球引力与飞船座舱对他的支持力的合力为他提供了绕地球做匀速圆周运动所需的向心力，即 ＝m，故FN＝m(g－)。 2．完全失重状态 当v＝时，座舱对航天员的支持力FN＝0，航天员处于 状态。 3．对失重现象的认识 航天器内的任何物体都处于 状态，但并不是物体摆脱了地球引力。正是由于地球引力的存在，才使航天器连同其中的乘员有可能做环绕地球的 运动。 四、离心运动 1．定义：物体沿 飞出或做逐渐远离圆心的运动。 2．原因：向心力突然消失或 提供所需要的向心力。 3．合外力与向心力的关系 物体做离心运动并非受到离心力的作用，而是合外力不足以提供向心力的结果。具体来看合外力与向心力的关系如图所示： (1)若F合＝mrω2或F合＝，物体做匀速圆周运动，即“提供”满足“需要”。 (2)若F合＞mrω2或F合＞，物体做半径变 的近心运动，即“提供过度”，也就是“提供”大于“需要”。 (3)若F合＜mrω2或F合＜，则外力不足以将物体拉回到原轨道上，物体做 运动，即“需要”大于“提供”或“提供不足”。 (4)若F合＝0，则物体沿切线方向做直线运动。 (1)火车转弯可以简化为水平面上的圆周运动。( ) (2)火车转弯时的向心力是车轨与车轮间的挤压提供的。( ) (3)火车通过弯道时具有速度的限制。( ) (4)火车弯道的半径很大，故火车转弯需要的向心力很小。( ) (5)火车在水平路面上转弯时，外轨挤压火车的外轮缘。( ) (6)车辆按规定车速通过“内低外高”的弯道时，向心力是由重力和支持力的合力提供的。( ) (7)汽车过凸形桥或凹形桥时，向心加速度的方向都是向上的。( ) (8)汽车驶过凹形桥最低点时，对桥的压力一定大于重力。( ) (9)航天器中宇航员处于完全失重状态，所受合力为零。( ) 课堂拓展 考点一 火车转弯 考向1　火车转弯的向心力来源 1．如图所示为火车在水平路基上拐弯处的截面示意图，弯道的半径为R，轨道的外轨略高于内轨，轨道平面倾角为θ(θ很小)。当火车以大小为的速度通过此弯道时(重力加速度为g)，则火车( ) A．所受支持力N的竖直分量大于重力G B．所受支持力N的水平分量提供向心力 C．所受重力G在平行于轨道平面方向上的分量提供向心力 D．所受重力G在垂直于轨道平面方向上的分量提供向心力 考向2　轨道侧压力的分析 2．(多选)如图所示，铁路在弯道处的内外轨道高度是不同的，已知内外轨道平