6.4 生活中的圆周运动（转弯模型）导学案-2024-2025学年高一下学期物理人教版（2019）必修第二册

向空中任何方向抛出的容器，其中的所有物体都处于完全失重状态 高中物理学教评一体化学习设计 编者：秦海霞 审核: 高一物理组 日期： 6.4转弯模型 【课标要求】 能用牛顿第二定律分析匀速圆周运动的向心力。了解生产生活中的离心现象及其产生的原因。 【学习目标】 1. 能根据所学知识分析生活中的各种圆周运动现象，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，知道离心运动产生的原因，了解其在生活中的应用，并知道离心运动所带来的危害。 【课堂引入】 这是赛车竞赛中转弯的情境，你有没有注意到赛道有什么特点？为什么这样设计呢？ 【问题体验1】汽车水平转弯 1. 汽车转弯时轮子在转，各部位运动各不同，汽车可否视为质点？你的依据是___________________________________ 2. 汽车转弯时速率是一直不变的吗？为了研究的方便(尽量转化为我们熟悉或学习过的知识)，你会对汽车转弯时的运动轨迹和速度大小做怎样的条件假定：____________________________________________ 3.汽车运动轨道在_______平面上，向心加速度（向心力）指向__________，请选择视角做出受力分析图。____________提供向心力。 4.汽车不侧翻，保证安全的前提下，汽车做匀速圆周运动的最大(安全)速度与什么因素有关?并解释雨天为什么要降低车速？汽车严禁超载的原因？ 【达标检测1】 质量为2.0×103kg的汽车在水平公路上行驶，轮胎与路面间的最大静摩擦力为1.4×104N。汽车经过半径为50m的弯路时，如果车速达到72km/h，这辆车会不会发生侧滑？ 【问题体验2】汽车倾斜转弯 1. 在公路弯道处，如何使汽车不必大幅减速而又能安全通过呢? 2.近年我国的公路网络发展迅猛，在部分公路弯道处采用外高内低的斜坡式设计(如图2-3-3所示)，可使车辆能以较高速度安全地通过弯道，从而提高道路通行能力，节约燃料.下面建构物理模型，分析其中的原理。 3.为方便研究，可以认为汽车在倾斜的圆弧路面上做匀速圆周运动，请同学们作出受力分析。你能确定汽车轨道所在平面和向心加速度的方向吗?理由是：___________________ 4.竖直转弯是倾斜转弯的特例，右图是生活的情境(请勿模仿)，对大家有什么启示? 5.若汽车与地面间没有摩擦，在此情境下汽车做匀速圆周运动的速度为多大？与什么因素有关? 6.若汽车的速度大于或小于该值，汽车的受力有什么变化?谁来提供向心力？请分别做出受力分析图 【达标检测2】 B7.图6-12是场地自行车比赛的圆形赛道。路面与水平面的夹角为15°，sin15°＝0.259，cos15°＝0.966，不考虑空气阻力，g取10m/s2。 （1）某运动员骑自行车在该赛道上做匀速圆周运动，圆周的半径为60m，要使自行车不受摩擦力作用，其速度应等于多少？ （2）若该运动员骑自行车以18m/s的速度仍沿该赛道做匀速圆周运动，自行车和运动员的质量一共是100kg，此时自行车所受摩擦力的大小又是多少？方向如何？ 【问题体验3】火车转弯 1.游乐园内的小火车、玩具火车的转弯轨道是水平的，那么现实中的大火车的转弯轨道也是水平的吗?你是否见过火车转弯的情境吗? 2.为什么火车的轮子都有突出的轮缘，有何作用? 如果铁路弯道的内外轨一样高，如图火车转弯时，____侧车轮的轮缘挤压____轨，使___轨发生弹性形变，外轨对轮缘的弹力是火车转弯所需向心力F的主要来源。但是火车质量太大，靠这种办法得到向心力，将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。你有什么办法吗？ 3.请依据右图情境分析火车转弯时，若轮缘与轨道之间没有挤压，车轮与轨道间的摩擦力与火车重力相比可以忽略不计的情况下，请做出受力分析图，并列式求速度。此时火车运行的速度与什么因素有关? 4.如果火车速度大于前面求得的速度，会挤压____轨，请做出受力分析图分析 【归纳总结1】 汽车水平轨道转弯 汽车倾斜轨道转弯 火车转弯 相同点 不同点 1. 2.国际性田径比赛使用的是最内圈周长为400m的标准跑道，跑道通常设8~9 条分道，最内圈弯道半径(内径)为37.90m.由于弯道在4×100m接力赛中约占全程的所以弯道跑技术成为制胜的关键:根据圆周运动的知识，弯道跑中最重要的是有意识地使身体向圆心方向倾斜(如图2-3-11所示)，蹬地与摆动都应与身体向圆心方向倾斜趋于一致对于不同道次上的运动员来说，跑道半径R不同，即使速率相同，人体的倾斜角度也不同。据估算，在相同的速率下，运动员在最内侧和最外侧跑道上比赛时，所需向心力相差可达20%，人体的倾斜角度相差近30。这也是运动员重视比赛道次安排的原因. 3.与此相类似，盘旋的鸟或飞机，也是依靠倾斜翼面来获得所需要的向心力。鸟或飞机在空中飞翔，受到垂直于翼面的作用力—升力，当翼面倾斜时，垂直于翼面的升力F和重力G的合力F提供向心力，使鸟或飞机转弯(图2-3-9，图2-3-10)。 4..经验告诉我们，骑自行车转弯时，车与人会倾向弯道的内侧，这是什么原因呢? 【达标检测3】 某铁路转弯处的圆弧半径是300 m，两铁轨之间的距离是1.435 m。若规定火车通过这个弯道的速度为72km/h，则内外铁轨的高度差应该是多大才能使火车转弯时内外轨均不受轮缘的挤压?(0.195m) 【巩固提升】 粤教版：设冰面对溜冰运动员水平方向的最大作用力为运动员对冰面压力的飞倍，运动员在水平冰面上沿半径为r的圆周滑行. (1)若只依靠冰面对运动员的作用力提供向心力，运动员的安全速率为多少? (2)如图2-3-12所示，为什么溜冰运动员在转弯处都采取向内倾斜身体的方式滑行? 【自我评价】请在下方画出本节课的思维导图，并分享你的收获和困惑 6-4-2 6-4-1 学科网（北京）股份有限公司 $$