6.4 生活中的圆周运动 导学案-2025-2026学年高一下学期物理人教版必修第二册

第六章 第4节 生活中的圆周运动 【课标要求】 1.会分析火车转弯、汽车过拱形桥等实际运动问题中的向心力来源 2.了解航天器中的失重现象及原因。 3.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。 【重点难点】 重点：解决生活中圆周运动问题的思路和方法 难点：实际问题的模型化、对临界问题的讨论和分析 【课前检测】复习匀速圆周运动、变速圆周运动的特点及公式 【探究任务一】火车转弯的运动特点 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？ 提示：火车转弯时需要向心力来改变运动方向。如果内外轨等高，仅靠外轨对轮缘的侧向弹力提供向心力，会对轨道和车轮造成巨大的磨损和破坏。将外轨抬高，火车车身会向弯道内侧倾斜，此时重力和支持力的合力就可以提供向心力，大大减轻轮缘与外轨的挤压 知识梳理 1．火车在弯道上的运动特点 火车转弯时做圆周运动，具有 加速度，由于其质量太大，因此需要很大的 。 2．铁路弯道内外轨一样高的缺点 如果铁路弯道内外轨一样高，火车转弯时， 对轮缘的弹力是向心力的主要来源，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。 3．火车转弯 (1)轨道分析 火车在转弯过程中，运动轨迹是一段圆弧，由于火车转弯过程中重心高度不变，故火车轨迹所在的平面是水平面，而不是斜面。火车的向心加速度和向心力均沿 指向圆心。 (2)向心力的来源分析如图所示 火车速度合适时，火车受重力和支持力作用，火车转弯所需的向心力完全由重力和支持力的合力提供，合力沿水平方向，大小F＝ 。 (3)规定速度分析 若火车转弯时只受重力和支持力作用，不受轨道侧压力。则mgtanθ＝m，可得 ＝ (R为弯道半径，θ为轨道所在平面与水平面的夹角，为转弯处的规定速度)。 (4)轨道侧压力分析（1） 火车行驶速度v=时，内外轨对轮缘无侧压力 （2） 火车行驶速度v>时，外轨对轮缘有侧压力 （3） 火车行驶速度v<时，内轨对轮缘有侧压力 同步练习册P61例1、例2、针对训练1、2 【探究任务二】汽车过桥的运动特点 项目 汽车过拱形桥 汽车过凹形路面 受力分析 对桥的压力 FN′＝FN＝mg－m FN′＝FN＝mg＋m 加速度方向 竖直向下 竖直向上 超重失重 失重 超重 讨论 (1)当v＝时，FN＝0 (2)当0≤v<时，0<FN≤mg，v增大，FN减小 (3)当v>时，汽车脱离桥面，发生危险 v增大，FN、FN′增大 深化提升 汽车过拱形桥的分析思路 对于汽车过拱形桥问题，明确汽车的运动情况，确定圆周平面和向心加速度的方向，具体解题步骤如下： （1） 选取研究对象，确定轨道平面、圆心位置和轨道半径 （2） 正确分析研究对象的受力情况，明确向心力的来源 （3） 根据牛顿运动定律（向心力公式）列方程求解 同步练习册P63例3、针对训练3 【探究任务三】航天器中的失重原因 1．向心力分析 航天员受到的地球引力与飞船座舱对他的支持力的合力为他提供了绕地球做匀速圆周运动所需的向心力，即 2．完全失重状态 当v＝时，座舱对航天员的支持力＝0，航天员处于 状态。 3．对失重现象的认识 航天器内的任何物体都处于 状态，但并不是物体摆脱了地球引力。正是由于地球引力的存在，才使航天器连同其中的乘员有可能做环绕地球的 运动。 深化提升 (1)质量为m的航天器在近地轨道运行时，航天器的重力提供向心力，满足关系：mg＝m，则v＝ (2)绕地球做匀速圆周运动的航天器内，任何物体都处于完全失重状态 【探究任务四】离心运动 链球比赛中，高速旋转的链球被放手后会飞出(如图甲所示)；雨天，当你旋转自己的雨伞时，会发现水滴沿着伞的边缘切线飞出(如图乙所示)。 (1)链球飞出后受到什么力？ (2)你能说出水滴沿着伞的边缘切线飞出的原因吗？ 提示　(1)受到重力和空气阻力。 (2) 旋转雨伞时，雨滴也随着运动起来，但伞面上的雨滴受到的力不足以提供其做圆周运动的向心力，雨滴由于惯性要保持其原来的速度方向而沿切线方向飞出。 知识梳理 1.定义：做圆周运动的物体沿切线方向飞出或 圆心的运动。 2.原因：向心力突然 或合力 以提供所需的向心力。 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；离心机。 (2)防止：汽车在公路转弯处必须 ；转动的砂轮、飞轮等的转速不能太高。 深化提升 1.物体做离心运动并不是物体受到离心力作用，而是由于合力不能提供足够的向心力，所谓“离心力”实际上并不存在。 2.合力F与向心力的关系(如图所示) (1)若F＝mω2r或F＝m，物体做匀速圆周运动，即“提供”满足“需要”。 (2)若F>mω2r或F>m，物体做半径变小的近心运动，即“提供过度”，也就是“提供”大于“需要”。 (3)若0<F<mω2r或0<F<m，则合力不足以将物体拉回到原轨道上，而做离心运动，即“需要”大于“提供”或“提供不足”。 同步练习册P63 例4 【当堂检测】同步练习册P64课堂检测 【课后作业】同步练习册P65巩固提升 第 1 页 共 2 页 学科网（北京）股份有限公司 $