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当前位置:首页 > 中学教育 > 高中教育 > 第5章7生活中的圆周运动
服/务/教/师免/费/馈/赠返回菜单配人教版物理·必修2自主学习·基础知识合作探究·重难疑点解题技巧·素养培优课时作业7生活中的圆周运动服/务/教/师免/费/馈/赠返回菜单配人教版物理·必修2[学习目标]1.知道具体问题中的向心力来源.(难点)2.掌握分析、处理生产和生活中实例的方法.(重点、难点)3.掌握物体在变速圆周运动中特殊点的向心力、向心加速度的求法.(重点、难点)服/务/教/师免/费/馈/赠返回菜单配人教版物理·必修2铁路的弯道[先填空]1.火车车轮的结构特点火车的车轮有凸出的轮缘,如图571所示,且火车在轨道上运行时,有凸出轮缘的一边在两轨道内侧,这种结构特点,主要是有助于固定火车运动的轨迹.图571服/务/教/师免/费/馈/赠返回菜单配人教版物理·必修22.火车在弯道上的运动特点火车在弯道上运动时做圆周运动,具有_____加速度,由于其质量巨大,因此需要很大的_______.3.转弯处内外轨一样高的缺点如果转弯处内外轨一样高,则由______对轮缘的弹力提供向心力,这样铁轨和车轮极易受损.向心向心力外轨服/务/教/师免/费/馈/赠返回菜单配人教版物理·必修24.铁路弯道的特点(1)转弯处______略高于_____.(2)铁轨对火车的支持力不是竖直向上的,而是斜向弯道_______.(3)铁轨对火车的支持力与火车所受重力的合力指向轨道的______,它提供了火车以规定速度行驶时的_______.外轨内轨内侧圆心向心力服/务/教/师免/费/馈/赠返回菜单配人教版物理·必修2[再思考]除了火车弯道具有内低外高的特点外,你还了解哪些道路具有这样的特点?【提示】有些道路具有外高内低的特点是为了增加车辆做圆周运动的向心力,进而提高了车辆的运动速度,因此一些赛车项目的赛道的弯道要做得外高内低,比如汽车、摩托车、自行车赛道的弯道,高速公路的拐弯处等.服/务/教/师免/费/馈/赠返回菜单配人教版物理·必修2[后判断]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是车轨与车轮间的挤压提供的.()3.火车通过弯道时具有速度的限制.()××√服/务/教/师免/费/馈/赠返回菜单配人教版物理·必修2拱形桥[先填空]关于汽车过拱形桥问题,用图表概括以下:汽车过凸形桥(最高点)汽车过凹形桥(最低点)受力分析服/务/教/师免/费/馈/赠返回菜单配人教版物理·必修2牛顿第二定律求向心力Fn=________=mv2rFn=_________=mv2r牛顿第三定律求压力F压=FN=____________F压=FN=_____________mg-FNFN-mgmg-mv2rmg+mv2r服/务/教/师免/费/馈/赠返回菜单配人教版物理·必修2讨论v增大,F压________;当v增大到rg时,F压=____v增大,F压_______超、失重汽车对桥面压力______自身重力,汽车处于______状态汽车对桥面压力______自身重力,汽车处于______状态增大0小于大于失重超重减小服/务/教/师免/费/馈/赠返回菜单配人教版物理·必修2[再思考]地球可以看做一个巨大的拱形桥,桥面半径等于地球半径,试讨论:地面上有一辆汽车在行驶,地面对它的支持力与汽车的速度有何关系?驾驶员有什么感觉?【提示】根据汽车过凸形桥的原理,地球对它的支持力FN=mg-mv2r,随v的增大,FN减小.当v=gr时,FN=0.这时驾驶员与座椅之间的压力为零.他有飞起来的感觉,所以驾驶员有失重的感觉.服/务/教/师免/费/馈/赠返回菜单配人教版物理·必修2[后判断]1.汽车在水平路面上匀速行驶时,对地面的压力等于车重,加速行驶时大于车重.()2.汽车在拱形桥上行驶,速度较小时,对桥面的压力大于车重;速度较大时,对桥面的压力小于车重.()3.汽车过凹形桥底部时,对桥面的压力一定大于车重.()××√服/务/教/师免/费/馈/赠返回菜单配人教版物理·必修2航天器中的失重现象及离心现象[先填空]1.航天器在近地轨道的运动(1)对航天器,在近地轨道可认为地球的万有引力等于其重力,重力充当向心力,满足的关系为Mg=______.(2)对航天员,由重力和座椅的支持力提供向心力,满足的关系为________=mv2r,由此可得FN=0,航天员处于__________状态,对座椅_________.(3)航天器内的任何物体之间均没有压力.完全失重压力为零Mv2rmg-FN服/务/教/师免/费/馈/赠返回菜单配人教版物理·必修22.对失重现象的认识航天器内的任何物体都处于__________状态,但并不是物体不受地球引力.正因为受到地球引力的作用才使航天器连同其中的乘员做_______________.完全失重匀速圆周运动3.离心运动(1)定义:物体沿切线飞出或做逐渐__________的运动.(2)原因:向心力突然消失或外力不足以提供所需_________.远离圆心向心力服/务/教/师免/费/馈/赠返回菜单配人教版物理·必修2[再思考]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572所示),你能说出其中的原因吗?图572【提示】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.服/务/教/师免/费/馈/赠返回菜单配人教版物理·必修2[后判断]1.绕地球做匀速圆周运动的航天器中的宇航员及所有物体均处于完全失重状态.()2.航天器中处于完全失重状态的物体不受重力作用.()3.航天器中处于完全失重状态的物体所受合力为零.()√××服/务/教/师免/费/馈/赠返回菜单配人教版物理·必修2问题1问题2问题3问题4预习完成后,请把你认为难以解决的问题记录在下面的表格中服/务/教/师免/费/馈/赠返回菜单配人教版物理·必修2学生分组探究一火车转弯问题第1步探究——分层设问,破解疑难火车静止在转弯处,合力为零,若火车按规定的速度转弯时,其合力也是零吗?【提示】不是.此时火车具有向心加速度,合力方向沿水平方向指向内侧.服/务/教/师免/费/馈/赠返回菜单配人教版物理·必修2第2步结论——自我总结,素能培养1.轨道分析火车在转弯过程中,运动轨迹是一圆弧,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水平面指向圆心.服/务/教/师免/费/馈/赠返回菜单配人教版物理·必修22.向心力分析如图573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=mgtanθ.图573服/务/教/师免/费/馈/赠返回菜单配人教版物理·必修23.规定速度分析若火车转弯时只受重力和支持力作用,不受轨道压力,则mgtanθ=mv20R,可得v0=gRtanθ(R为弯道半径,θ为轨道所在平面与水平面的夹角,v0为转弯处的规定速度).服/务/教/师免/费/馈/赠返回菜单配人教版物理·必修24.轨道压力分析(1)当火车行驶速度v等于规定速度v0时,所需向心力仅由重力和弹力的合力提供,此时火车对内外轨道无挤压作用.(2)当火车行驶速度v与规定速度v0不相等时,火车所需向心力不再仅由重力和弹力的合力提供,此时内外轨道对火车轮缘有挤压作用,具体情况如下:①当火车行驶速度vv0时,外轨道对轮缘有侧压力.②当火车行驶速度vv0时,内轨道对轮缘有侧压力.服/务/教/师免/费/馈/赠返回菜单配人教版物理·必修2汽车、摩托车赛道拐弯处,高速公路转弯处设计成外高内低,也是尽量使车受到的重力和支持力的合力提供向心力,以减小车轮受到地面施加的侧向静摩擦力.服/务/教/师免/费/馈/赠返回菜单配人教版物理·必修2第3步例证——典例印证,思维深化(2015·北京东城高一期中)有一列重为100t的火车,以72km/h的速率匀速通过一个内外轨一样高的弯道,轨道半径为400m.(g取10m/s2)(1)试计算铁轨受到的侧压力大小;(2)若要使火车以此速率通过弯道,且使铁轨受到的侧压力为零,我们可以适当倾斜路基,试计算路基倾斜角度θ的正切值.服/务/教/师免/费/馈/赠返回菜单配人教版物理·必修2【思路点拨】(1)问中,外轨对轮缘的侧压力提供火车转弯所需要的向心力.(2)问中,重力和铁轨对火车的支持力的合力提供火车转弯的向心力.服/务/教/师免/费/馈/赠返回菜单配人教版物理·必修2【解析】(1)v=72km/h=20m/s,外轨对轮缘的侧压力提供火车转弯所需要的向心力,所以有:FN=mv2r=105×202400N=1×105N由牛顿第三定律可知铁轨受到的侧压力大小等于1×105N.(2)火车过弯道,重力和铁轨对火车的支持力的合力正好提供向心力,如图所示,则mgtanθ=mv2r.由此可得tanθ=v2rg=0.1.【答案】(1)105N(2)0.1服/务/教/师免/费/馈/赠返回菜单配人教版物理·必修2车辆转弯问题的处理方法解决这类题目首先要明确物体转弯做的是圆周运动,其次要找准物体做圆周运动的平面及圆心,理解向心力的来源是物体所受合力.服/务/教/师免/费/馈/赠返回菜单配人教版物理·必修2第4步巧练——精选习题,落实强化1.铁路在弯道处的内外轨道高度是不同的,已知轨道平面与水平面的夹角为θ,如图574所示,弯道处的圆弧半径为R,若质量为m的火车转弯时速度等于gRtanθ,则()A.内轨对内侧车轮轮缘有挤压B.外轨对外侧车轮轮缘有挤压C.这时铁轨对火车的支持力等于mgcosθD.这时铁轨对火车的支持力大于mgcosθ图574服/务/教/师免/费/馈/赠返回菜单配人教版物理·必修2【解析】由牛顿第二定律F合=mv2R,解得F合=mgtanθ,此时火车受重力和铁路轨道的支持力作用,如图所示,FNcosθ=mg,则FN=mgcosθ,内、外轨道对火车均无侧压力,故C正确,A、B、D错误.【答案】C服/务/教/师免/费/馈/赠返回菜单配人教版物理·必修22.火车以半径r=900m转弯,火车质量为8×105kg,轨道宽为l=1.4m,外轨比内轨高h=14cm,为了使铁轨不受轮缘的挤压,火车的速度应为多大?(g取10m/s2)【解析】若火车在转弯时不受挤压,即由重力和支持力的合力提供向心力,火车转弯平面是水平面.火车受力如图所示,由牛顿第二定律得服/务/教/师免/费/馈/赠返回菜单配人教版物理·必修2F=mgtanα=mv2r①由于α很小,可以近似认为tanα=sinα=hl②解①②式得v=30m/s.【答案】30m/s服/务/教/师免/费/馈/赠返回菜单配人教版物理·必修2学生分组探究二竖直面内的圆周运动第1步探究——分层设问,破解疑难1.绳模型和杆模型中小球做的都是变速圆周运动,运动过程中,小球受到的合力一定大于向心力吗?【提示】不一定.在最高点、最低点时小球所受的合力等于向心力,在其他位置合力大于向心力.服/务/教/师免/费/馈/赠返回菜单配人教版物理·必修22.绳模型和杆模型在运动的最高点和最低点有何区别?【提示】绳模型和杆模型在最低点的受力特点是一致的,在最高点杆模型可以提供竖直向上的支持力,而绳模型不能.服/务/教/师免/费/馈/赠返回菜单配人教版物理·必修2第2步结论——自我总结,素能培养1.绳模型小球沿竖直光滑轨道内侧做圆周运动,小球在细绳作用下在竖直平面内做圆周运动,都是绳模型,如图575所示.图575服/务/教/师免/费/馈/赠返回菜单配人教版物理·必修2(1)向心力分析①小球运动到最高点时受向下的重力和向下的绳子拉力或轨道弹力作用,由这两个力的合力充当向心力mg+FN=mv2r.②小球运动到最低点时受向下的重力和向上的绳子拉力或轨道弹力作用,由这两个力的合力充当向心力FN-mg=mv2r.(2)临界条件:小球恰好过最高点时,应满足弹力FN=0,即mg=mv2r,可得小球在竖直面内做圆周运动的临界速度v=gr.服/务/教/师免/费/馈/赠返
本文标题:第5章7生活中的圆周运动
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