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

6.4生活中的圆周运动导学案 学习目标：　 1.会分析火车转弯、汽车过拱形桥等实际运动问题中向心力的来源(重点)。 2.能解决生活中的圆周运动问题(重难点)。 3.了解航天器中的失重现象及其原因。 4.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及危害。 一、火车转弯 图甲为摩托车在水平道路上转弯，图乙为火车转弯，图丙为火车轮缘与铁轨，摩托车和火车转弯向心力来源相同吗？铁路弯道处铁轨内外高度相同吗？为什么要这样设计？ _______________________________________________________________________________________________________________________________________________ 梳理与总结： 1．铁路弯道的特点 铁路弯道处，外轨高于内轨，若火车按规定的速度v0行驶，转弯所需的向心力完全由重力和支持力的合力提供，即mgtan θ＝m，如图所示，则v0＝______，其中R为弯道半径，θ为轨道平面与水平面间的夹角(θ很小的情况下，tan θ≈sin θ)。 2．汽车转弯特点 (1)水平弯道：由______提供向心力，汽车速度最大时，μmg＝，可得vm＝_______。 (2)增大汽车安全转弯速度的有效方法 ①________转弯半径。 ②把转弯处设计成________(填“外高内低”或“外低内高”)路面(类似火车转弯)。 思考与讨论： 若v0为火车不受轨道侧压力的临界速度，当火车不按规定速度行驶时，对铁轨有什么影响？ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 二、汽车过拱形桥　航天器中的失重现象 1．汽车过拱形桥和凹形路面 项目 汽车过拱形桥 汽车过凹形路面 受力分析 桥或路面对汽车的支持力 ________＝m，FN＝G－m __________＝m，FN＝G＋m 汽车对桥或路面的压力 FN′＝FN＝G－m<G FN′＝FN＝G＋m>G 处于超重还是失重状态 讨论 v增大，FN′____；当v增大到时，FN′＝0 v增大，FN′________ 2.航天器中的失重现象 (1)在近地圆形轨道上，航天器(包括卫星、飞船、空间站)的重力提供向心力，满足关系：mg＝m，则v＝。 (2)质量为m′的航天员，受到的座舱的支持力为FN，则m′g－FN＝。 当v＝ 时，FN＝________，即航天员处于完全失重状态。航天器内的任何物体都处于完全失重状态。 思考与讨论： 汽车在桥面最高点即将飞离桥面时所受支持力恰好为0，此时只有重力提供向心力，即mg＝，得v＝，若超过这个速度，汽车做什么运动？ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 三、离心运动 1．定义：做圆周运动的物体沿________方向飞出或做________圆心的运动。 2．物体做离心运动的原因 提供向心力的合力突然________，或者合力________提供所需的向心力。 3．离心运动、近心运动的判断 物体做圆周运动时出现离心运动还是近心运动，由实际提供的合力F合和所需向心力(m或mω2r)的大小关系决定。(如图所示) (1)当F合＝0时，物体沿__________方向做____________； (2)当0<F合<mω2r时，“提供”不足，物体做________。 (3)当F合＝mω2r时，“提供”等于“需要”，物体做________________； (4)当F合>mω2r时，“提供”超过“需要”，物体做________。 4．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、飞轮的转速不能过高；在公路弯道，车辆不允许超过__________。 四、练习巩固 1.如图所示，在修筑铁路时，弯道处的外轨会略高于内轨。当火车以规定的行驶速度转弯时，内、外轨均不会受到轮缘的挤压，设此时火车的速度大小为v，重力加速度为g，两轨所在平面的倾角为θ，则下列说法不正确的是(　　) A．该弯道的半径r＝ B．当火车质量改变时，规定的行驶速度大小