第二章 3.圆周运动的实例分析 4.圆周运动与人类文明(选学)-【金版新学案】2023-2024学年新教材高一物理必修第二册同步课堂高效讲义教师用书（教科版2019）

3．圆周运动的实例分析

4．圆周运动与人类文明(选学)

一、汽车通过拱形桥

1．受力分析(如图)

2．向心力：F＝mg－N＝m。

3．对桥的压力：N′＝mg－m。

4．结论：汽车对桥的压力N′小于汽车所受的重力mg，而且汽车通过最高点时的速度越大，汽车对桥面的压力就越小。

二、“旋转秋千”

“旋转秋千”运动可简化为圆锥摆模型，如图所示。

1．向心力来源：重力和悬线的拉力的合力提供。

2．动力学关系

mg tan α＝mω2r，又r＝l sin α，则ω＝，周期T＝2π ，所以cos α＝，由此可知，α与角速度ω和绳长l有关，在绳长l确定的情况下，角速度ω越大，α越大。

三、火车转弯

1．火车在弯道上的运动特点

火车在弯道上运动时实际上在做圆周运动，因而具有向心加速度，由于其质量巨大，需要很大的向心力。

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，火车转弯时，外侧车轮的轮缘挤压外轨，外轨对轮缘的弹力就为火车转弯提供了向心力(如图所示)。由于火车的质量很大，转弯所需的向心力很大，铁轨和车轮极易受损。

学生用书第38页

(2)若转弯时外轨略高于内轨，根据转弯处轨道的半径和规定的行驶速度，适当调整内外轨的高度差，使转弯时所需的向心力，由重力mg和支持力N的合力提供。从而减轻外轨与轮缘的挤压，如图所示。

四、离心运动

1．定义：物体沿圆周运动的切线方向飞出或远离圆心而去的运动。

2．原因：合外力提供的向心力消失或不足。

3．离心机械：利用离心运动的机械叫作离心机械。常见的离心机械有洗衣机的脱水筒、离心机。

4．危害与防止

五、圆周运动与古代文明

1．钻木取火：钻木取火是通过转动木棒与木块摩擦发热，直至引起燃烧。这是早期人类利用圆周运动的一项发明。

2．陶器制作：利用圆周运动的特点，制造出精致的陶器制品。

3．车轮的发明：车轮第一次把圆周运动和直线运动联系起来。

4．机械能的利用：水轮的发明推进了人类利用自然界机械能的历史。

六、圆周运动与工业技术

1．没有圆周运动的基础理论就不可能设计和制造出齿轮和轴的机构。

2．没有圆周运动就没有机械化和工业化。

七、圆周运动与科学实验

1．粒子物理和核物理实验：回旋加速器是进行粒子物理和核物理研究的一种设备。利用了圆周运动。

2．航天技术：火箭靠高速旋转的陀螺仪进入预定轨道，导弹靠高速旋转的陀螺仪击中目标。

3．生命科学：21世纪是生命科学时代，各种生命体的基因图谱测序和解读是现代生命科学研究最基本的任务。

八、圆周运动与文化生活

1．圆是对称性最好的平面结构。

2．圆周运动在体育、杂技、舞蹈设计中占有重要地位。

3．科学玩具是儿童早期教育的重要媒介，各种各样基于圆周运动的玩具丰富了儿童的心灵世界。

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)汽车驶过拱形桥最高点，对桥的压力可能等于零。(　　)

(4)汽车过拱形桥或凹形路面时，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。(　　)