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

第6章 圆周运动 第4讲 第1课时 生活中的圆周运动 第6章 圆周运动 第4讲 第1课时 生活中的圆周运动 课前预习（看教材填空） 一、火车转弯 1．运动特点：火车转弯时实际是在做圆周运动，因而具有 ，由于其质量巨大，需要很大的向心力。 2．轨道设计：弯道处外轨略高(选填“高”或“低”)于内轨，火车转弯时铁轨对火车的支持力FN的方向是 ，它与重力G的合力水平指向 。若火车以规定的速度行驶，转弯时所需的向心力几乎完全由 来提供。 二、汽车过拱形桥 汽车过拱形桥 汽车过凹形路面 受力分析 向心力 Fn＝mg－FN＝m Fn＝FN－mg＝m 对桥或凹形路 面的压力 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 汽车对凹形路面的压力大于汽车的重力，而且汽车速度越大，对凹形路面的压力 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座舱对他的支持力的合力提供向心力，由牛顿第二定律得mg－FN＝m，所以FN＝mg－m。 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。 四、离心运动 1．定义：做圆周运动的物体沿切线飞出或做 圆心的运动。 2．原因：向心力突然消失或合力不足以提供所需的 。 3．应用：洗衣机 ，制作无缝钢管、水泥管道、水泥电线杆等，分离血液中的血浆和红细胞。 4．防止：汽车在公路转弯处必须 行驶；转动的砂轮、飞轮的转速不能太高。 课堂讲解 知识点1、火车转弯问题 (1)火车车轮的结构特点：火车车轮有突出的轮缘，且火车在轨道上运行时，有突出轮缘的一边在两轨道的内侧，这种结构有助于固定火车运动的轨迹． (2)铁路的弯道 ①如果铁路弯道的内外轨一样高，外侧车轮的轮缘挤压外轨，使外轨发生弹性形变，外轨对轮缘的弹力提供火车转弯的向心力，如图甲所示．但是火车的质量很大，靠这种办法得到向心力，轮缘与外轨间的相互作用太大，铁轨和车轮极易受损． ②如果在弯道处使外轨略高于内轨(如图乙所示)，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，与重力的合力指向圆心，为火车转弯提供了一部分向心力，减小了轮缘与外轨的挤压． (3)火车转弯时的规定速度如图所示，若火车转弯时只受重力和支持力作用，不受轨道侧压力，则满足mgtanθ＝m，此时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)。 由于铁轨建成后，h、L、R各量是确定的，故火车转弯时的车速应是一个定值，即规定速度． ①当火车转弯速度v＝v0时，轮缘对内、外轨均无侧压力． ②当火车转弯速度v>v0时，外轨道对轮缘有向里的侧压力． ③当火车转弯速度v<v0时，内轨道对轮缘有向外的侧压力． ④向心力是水平的． 例1、 (多选)铁路在弯道处的内外轨道高度是不同的，已知内外轨道连线与水平面夹角为θ，弯道处的圆弧半径为R，若质量为m的火车以速度v通过某弯道时，内、外轨道均不受侧压力作用，下面分析正确的是(重力加速度大小为g)( ) A．轨道半径R＝ B．v＝ C．火车速度小于v时，外轨将受到侧压力作用，其方向平行轨道平面向内 D．火车速度大于v时，外轨将受到侧压力作用，其方向平行轨道平面向外 变式1、(多选)火车轨道在转弯处外轨高于内轨，其高度差由转弯半径与火车速度确定．若在某转弯处规定行驶速度为v，则下列说法中正确的是(　 ) A．当以v的速度通过此弯路时，火车重力与轨道支持力的合力提供向心力 B．当以v的速度通过此弯路时，火车重力、轨道支持力和外轨对轮缘弹力的合力提供向心力 C．当速度大于v时，轮缘挤压外轨 D．当速度小于v时，轮缘挤压外轨 知识点2、汽车转弯问题 1．水平面上弯道转弯 汽车在水平路面上转弯时，由静摩擦力提供转弯所需的向心力，μmg≥m，即v≤。在冰雪路面上转弯时，为了安全起见，一要降低速度，二要增大转弯半径。 2．外高内低斜面式弯道转弯 该情境跟火车垫高外轨的情境类似，转弯时所需向心力F向由重力mg和支持力FN的合力提供。如图所示，F向＝mgtanθ＝，可得v＝。 当车速v＞时，车轮仍将受到沿斜面向下的摩擦力(类似于外轨对火车轮缘的弹力)作用；若车速v＜，则车轮受到沿斜面向上的摩擦力(类似于内轨对火车轮缘的弹力)作用。 例2、一质量为1.0×103 kg的汽车在水平公路上行驶，当汽车经过半径为100 m的弯道时，汽车的速度为36 km/h。(1)路面对轮胎的径向