6.4 生活中的圆周运动（导学案）-【上好课】高一物理同步高效课堂（人教版2019必修第二册）

第4节　生活中的圆周运动 导学案 【学习目标】 1.能根据所学知识分析各种生活中的圆周现象，在此过程中体会模型建构的方法。 2.知道航天器中的失重现象。 3.观察生活中的离心现象，知道离心运动产生原因。了解其生活中的应用，并知道离心运动所带来的危害。 【学习重难点】 1.火车和汽车转弯问题 （重点难点） 2.拱形桥和凹形桥问题（重点） 3.离心现象（重点难点） 【知识回顾】 1.向心力的大小和方向 (1)向心力大小：Fn＝ ＝ ＝ 。 (2)向心力的方向 无论是否为匀速圆周运动，其向心力总是沿着半径指向 ，方向时刻改变，故向心力是 。 (3)向心力的作用效果——改变线速度的 。由于向心力始终指向 ，其方向与物体运动方向始终 ，故向心力不改变线速度的 。 2.向心力的来源 (1)某个 提供；(2)某个力的 提供；(3)几个力的 提供。 【自主预习】 一、火车转弯 1.内外轨一样高：火车转弯时，外侧车轮的轮缘挤压 ，使外轨发生 ，外轨对轮缘的 是火车转弯所需向心力的主要来源(如图甲所示) 　　　　　 甲　　　　　　　　　乙 2.外轨高于内轨：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 的，而是斜向弯道的 ，它与重力G的合力指向 ，为火车转弯提供了一部分向心力。 3.适当选择内外轨的高度差，使转弯时所需的向心力几乎完全由重力G和支持力FN的 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 ＝m ＝m 对桥的压力 FN′＝ FN′＝ 结论 汽车对路面的压力小于汽车的重力，而且汽车速度越大，对桥的压力 汽车对路面的压力大于汽车的重力，而且汽车速度越大，对路面的压力 三、航天器中的失重现象 1.向心力分析：当航天器在近地轨道做匀速圆周运动时，轨道半径近似等于地球半径R，所受地球引力近似等于重力mg。宇航员受到的地球引力与座舱对他的支持力的合力为他提供向心力， ＝m，所以FN＝ 。 2.完全失重状态：当v＝ 时，座舱对宇航员的支持力FN＝0，宇航员处于 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.离心运动的应用和防止 (1)应用：离心干燥器；洗衣机的 ；离心制管技术；分离血浆和红细胞的离心机。 (2)防止：转动的砂轮、飞轮的转速不能太高；在公路弯道，车辆不允许超过 。 【课堂探究】 思考与讨论： 在铁路弯道处，稍微留意一下，就能发现内、外轨道的高度略有不同。你能解释其中的原因吗？ 观察与思考：观看视频，思考行驶中的火车为什么会发生脱轨事故呢？ 一、火车转弯 (一)车轮构造 思考与讨论： (1)火车转弯时可看做匀速圆周运动，如果火车内外轨道一样高。火车受哪些力？谁充当向心力？ (2)如果火车外轨道比内轨道高。火车可以不受轨道侧向的弹力F吗？ (3)若不受侧向轨道的弹力，谁充当向心力？是沿哪个方向？ (二)临界速度 思考与计算： 质量为m的火车转弯时，做匀速圆周运动的轨道半径为r，轨道的倾角为θ，求火车速度多大时对轨道无侧向压力。 深度拓展： 质量为m的火车转弯时，做匀速圆周运动的轨道半径为r，轨道宽L，高度差为h，求火车速度多大时对轨道侧向无压力。(图中θ很小） 思考与讨论： (1)如果火车在转弯处的速度大于规定速度，会对哪个轨道有挤压？如果小于呢？ (2)通过以上学习，你是否可以解释转弯处内外轨高度不同和火车脱轨的原因吗？ 【要点总结】 (1)火车转弯规定临界速度： (2)火车转弯速度大于规定临界速度时： 轨道与轮之间有弹力； (3)火车转弯速度小于规定临界速度时： 轨道与轮之间有弹力。 思考与讨论： 高速公路转弯处和场地自行车比赛的赛道，路面往往有一定的倾斜度，说说这样设计是什么原因？ 二、汽车过拱形桥 思考与讨论： 公路上的拱形桥是常见的，为什么拱形桥比凹形桥更普遍呢？ (一)凹形桥 思考与计算： 质量为m的汽车在拱形桥上以速度v行驶，若桥面的圆弧半径为R，当汽车通过桥的最低点时，试画出汽车受力分析图，哪些力提供了向心力？桥对汽车的支持力多大？ (二)拱形桥 质量为m的汽车在拱形桥上以速度v行驶，若桥面的圆弧半径为R，当汽车通过桥的最高点时，试画出汽车受力分析图，