文档介绍：该【2021年高中物理人教版(新教材)必修第二册学案：第六章 第四节 生活中的圆周运动 (含答案) 】是由【1781111****】上传分享，文档一共【11】页，该文档可以免费在线阅读，需要了解更多关于【2021年高中物理人教版(新教材)必修第二册学案：第六章 第四节 生活中的圆周运动 (含答案) 】的内容，可以使用淘豆网的站内搜索功能，选择自己适合的文档，以下文字是截取该文章内的部分文字，如需要获得完整电子版，请下载此文档到您的设备，方便您编辑和打印。:..生活中的圆周运动·梳理脉络【学****目标】、火车转弯时的向心力来源。。,弄清现象的本质。,会分析原因、应用和危害。【思维脉络】课前预****反馈教材梳理·:火车在弯道上运动时做圆周运动,具有__向心__加速度,由于其质量巨大,因此需要很大的__向心力__。:如果转弯处内外轨一样高,则由__外轨__对轮缘的弹力提供向心力,这样铁轨和车轮极易受损。:①转弯处__外轨__略高于__内轨__。②铁轨对火车的支持力不是竖直向上的,而是斜向弯道__内侧__。③铁轨对火车的支持力与火车所受重力的合力指向__圆心__,它提供了火车以规定速度行驶时的__向心力__。:..2汽车过拱形桥汽车过凹形桥受力分析2v2向心力F=__mg-F__=mF=__F-mg__=mnNrnNr对桥的v2v2F′=__mg-m__F′=__mg+m__NrNr压力汽车对桥的压力小于汽车的重力,而汽车对桥的压力大于汽车的重力,而结论且汽车速度越大,对桥的压力__越小且汽车速度越大,,__mg-F__=m。=__gR__时座舱对航天员的支持力F=0,航天员处于完全失重状态。:物体沿切线飞出或做逐渐__远离圆心__的运动。:向心力突然消失或合外力不足以提供所需的__向心力__。①洗衣机__脱水__;②炼钢厂制作无缝钢管;③医务人员从血液中__分离__血浆和红细胞。①若汽车转弯时速度过大,车轮在路面上__打滑__易造成交通事故。②若转动的砂轮、飞轮转速过高,离心运动会使它们__破裂__,酿成事故。:..(1)铁路的弯道处,内轨高于外轨。(×)(2)汽车行驶至凸形桥顶部时,对桥面的压力等于车重。(×)(3)汽车行驶至凹形桥底部时,对桥面的压力大于车重。(√)(4)绕地球做匀速圆周运动的航天器中的宇航员处于完全失重状态,故不再具有重力。(×)(5)航天器中处于完全失重状态的物体所受合力为零。(×)(6)做离心运动的物体可以沿半径方向运动。(×)『选一选』通过阅读课本,几个同学对生活中的圆周运动的认识进行交流。甲说:“洗衣机甩干衣服的道理就是利用了水在高速旋转时会做离心运动。”乙说:“火车转弯时,若行驶速度超过规定速度,则内轨与车轮会发生挤压。”丙说:“汽车过凸形桥时要减速行驶,而过凹形桥时可以较大速度行驶。”丁说,“我在游乐园里玩的吊椅转得越快,就会离转轴越远,这也是利用了离心现象。”你认为正确的是(D):甲和丁所述的情况都是利用了离心现象,D正确;乙所述的情况,外轨会受到挤压,汽车无论是过凸形桥还是凹形桥都要减速行驶,A、B、C选项均错。『想一想』地球可以看作是一个巨大的拱形桥,桥面的半径就是地球半径(约为6400km)。如图所示,地面上有一辆汽车,其重力G=mg,地面对它的支持力是F。汽车沿南北方向行驶,不N断加速。试分析会不会出现这样的情况:速度达到一定程度时,地面对车的支持力是零?这时驾驶员与座椅之间的压力是多少?驾驶员躯体各部分之间的压力是多少?驾驶员此时可能有什么感觉?答案:会零零感到全身都飘起来了解析:当汽车速度达到=gR时(代数计算可得v=×103m/s),地面对车的支持力是零,这时汽车已经飞起来了,此时驾驶员与座椅间无压力。驾驶员、车都处于完全失重状态,驾驶员躯体各部分之间没有压力,他会感到全身都飘起来了。:..·破疑解难探究火车转弯问题┃┃情境导入火车在铁轨上转弯可以看作是做匀速圆周运动,火车速度提高易使外轨受损。如何解决火车高速转弯时使外轨受损这一难题呢?提示:火车速度提高,容易挤压外轨,损坏外轨。火车转弯时的向心力由重力和支持力的合力提供,可适当增大转弯半径或者增加内、外轨的高度差。┃┃要点提炼■,火车在铁轨上运行时,车轮与铁轨有水平与竖直两个接触面,这种结构特点,主要是避免火车运行时脱轨,如图所示。,火车在行驶过程中,重心高度不变,即火车的重心轨迹在同一水平面内,火车的向心加速度和向心力均沿水平面指向圆心。,火车只受重力和支持力作用,火车转弯时所需的向心力完全由支持力和重力的合力来提供。如图所示。:..2=m0,R解得v=gRtanθ。04.(1)当火车行驶速率v等于规定速度v时,内、外轨道对轮缘都没有侧压力。0(2)当火车行驶速度v大于规定速度v时,火车有离心运动趋势,故外轨道对轮缘有侧压0力。(3)当火车行驶速度v小于规定速度v时,火车有向心运动趋势,故内轨道对轮缘有侧压0力。特别提醒和支持力的合力提供向心力,以减小车轮与路面之间的横向摩擦力。┃┃典例剖析典题1铁路转弯处的圆弧半径是300m,,规定火车通过这里的速度是72km/h,内外轨的高度差应该是多大,才能使铁轨不受轮缘的挤压?保持内外轨的这个高度差,如果车的速度大于或小于72km/h,会分别发生什么现象?说明理由。思路引导:画示意图→分析受力→合力提供向心力→求高度差→讨论分析解析:火车在转弯时所需的向心力在“临界”状况时由火车所受的重力和轨道对火车的支持力的合力提供。如图所示,图中h为内外轨高度差,L为轨距。v2v2F=mgtanθ=m,tanθ=rgrh由于轨道平面与水平面间的夹角一般很小,可以近似地认为tanθ≈sinθ=Lhv2代入上式得:=Lrg:..==m=。rg300×:(1)如果车速v>72km/h(20m/s),F将小于需要的向心力,所差的力仍需由外轨对轮缘的弹力来弥补。这样就出现外侧车轮的轮缘向外挤压外轨的现象。(2)如果车速v<72km/h,F将大于需要的向心力。超出的力则由内轨对内侧车轮缘的压力来平衡,这样就出现了内侧车轮的轮缘向外挤压内轨的现象。临界值是圆周运动中经常考查的一个重点内容,它是物体在做圆周运动过程中,发生质变的数值或使物体受力情况发生变化的关键数值,今后要注意对临界值的判断和应用。┃┃对点训练1.(多选)铁道转弯处内、外铁轨间设计有高度差,可以使火车顺利转弯,下列说法中正确的是(BD):铁道转弯处,轨道设计成外轨高于内轨,目的是让重力和弹力的合力提供向心力,避免轨道对车轮产生侧向挤压力,以保护内轨和外轨。故A、C错,B、D对。探究汽车过桥问题┃┃情境导入■如图所示,在某次军事演****中,一辆战车以恒定的速度在起伏不平的路面上行进,战车在哪一点对路面的压力最大?在哪一点对路面的压力最小呢?提示:战车在B点时对路面的压力最大,在A点时对路面压力最小。┃┃要点提炼■关于汽车过桥问题,用图表概括如下::..汽车过凸形桥汽车过凹形桥受力分析2v2mg-F=mF-mg=m以向心力NrNr方向为正方向v2v2F=mg-mF=mg+mNrNr牛顿第三v2v2F=F=mg-mF=F=mg+m压Nr压Nr定律v增大,F减小;当v增大到gr时,压讨论v增大,F增大压F=0压汽车对桥的压力减小,当v>gr时,汽车将脱离桥面,做抛体运动,可能发生危险。┃┃典例剖析典题2如图所示,质量m=×104kg的汽车以不变的速率先后驶过凹形桥面和凸形桥面,两桥面的圆弧半径均为60m,×105N则:(1)汽车允许的最大速率是多少?(2)若以所求速度行驶,汽车对桥面的最小压力是多少?(g取10m/s2)思路引导:在汽车经过拱形桥或类似的物体经过竖直曲线做圆周运动的问题中,一般在轨道的最低点和最高点分析受力列方程,无论该类题目的具体内容如何,通过分析受力,找出提供的向心力列方程求解是最基本的方法。解析:汽车在拱桥上运动时,对凹形桥的压力大于其重力,而对凸形桥则压力小于重力。由此可知,对凹形桥则存在一个允许最大速率,对凸形桥则有最小压力。可根据圆周运动知识,在最低点和最高点列方程求解。汽车驶至凹面的底部时,合力向上,此时车对桥面压力最大;汽车驶至凸面的顶部时,合力向下,此时车对桥面的压力最小。:..=,N1根据牛顿第二定律得:2F-mg=m,×105即v=N1-g?r=?-10?×60m/s=103m/×104(2)汽车在凸面顶部时,由牛顿第二定律得:mv2mg-F=,N2rv2300则F=m(g-)=×104×(10-)N=×105NN2r60由于F>0,汽车不会离开桥面,由此知v=103m/s,即为最大值。N2由牛顿第三定律得,×105N。(1)103m/s(2)×105N┃┃对点训练2.(2020·广东省佛山一中高一下学期检测)如图,是用模拟实验来研究汽车通过拱形桥的最高点时对桥面的压力。在较大的平直木板上相隔一定距离钉几个钉子,将三合板弯曲成拱桥形卡入钉子内形成拱形桥,三合板上表面事先铺上一层牛仔布以增加摩擦,这样玩具惯性车就可以在桥面上跑起来了。把这套系统放在电子秤上做实验,关于实验中电子秤的示数下列说法正确的是(D)(未离开拱桥),示数越小解析:玩具车通过拱桥顶端时处于失重状态,速度越大示数越小,故选项D正确。探究离心运动┃┃情境导入■:..孔的内筒和外筒组成,内筒与洗衣机的脱水筒相似,可以在脚的踏动下旋转。在内筒里面加入白砂糖,加热使糖熔化成糖汁。如图所示,一个师傅正在给两位小朋友制作“棉花”糖。试分析制作“棉花”糖的原理。内筒高速旋转时,黏稠的糖汁就做离心运动,从内筒壁的小孔飞散出去成为丝状,到达温度较低的外筒时,迅速冷却凝固,变得纤细雪白,像一团团棉花。┃┃,它的本质是物体惯性的表现。做圆周运动的物体,总是有沿着圆周切线飞出去的趋势,之所以没有飞出去,是因为受到向心力作用的缘故。,一旦提供向心力的外力突然消失,或者外力不能提供足够的向心力时,物体做远离圆心的运动,即离心运动。,而是由于外力不能提供足够的向心力。所谓“离心力”也是由效果命名的,实际并不存在。、近心运动的判断(如图)m2(1)若=2或F=,物体做匀速圆周运动,即“提供”满足“需要”。合合rmv2(2)若F>mrω2或F>,物体做半径变小的近心运动,即“提供过度”,也就是“提合合r供”大于“需要”。mv2(3)若F<mrω2或F<,则外力不足以将物体拉回到原轨道上,而做离心运动,即“需合合r要”大于“提供”或“提供不足”。(4)若F=0,则物体做直线运动。合:..典题3()公路急转弯处通常是交通事故多发地带。如图,某公路急转弯处是一圆弧,当汽车行驶的速率为时,汽车恰好没有向公路内外两侧滑动的趋势,则在该弯道处(AC),,但只要不超出某一最高限度,,与未结冰时相比,v的值变小c思路引导:抓住临界点分析汽车转弯的受力特点及不侧滑的原因,结合圆周运动规律可判断。解析:力的水平分力刚好提供向心力,此时汽车不受静摩擦力的作用,与路面是否结冰无关,故选项A正确,选项D错误。当v<v时,支持力的水平分力大于所需向心力,汽车有向内侧滑动的趋势,静摩擦力指向外c侧;当v>v时,支持力的水平分力小于所需向心力,汽车有向外侧滑动的趋势,在摩擦力大c于最大静摩擦力前不会侧滑,故选项B错误,选项C正确。┃┃对点训练■“魔盘”,画面反映的是魔盘旋转转速较大时盘中人的情景。甲、乙、丙三位同学看了图后发生争论,甲说:“图画错了,做圆周运动的物体受到向心力的作用,魔盘上的人应该向中心靠拢。”乙说:“图画得对,因为旋转的魔盘给人离心力,所以人向盘边缘靠拢。”丙说:“图画得对,当盘对人的摩擦力不能满足人做圆周运动的向心力时,人会逐渐远离圆心。”这三位同学的说法正确的是(C):..错误,C正确;离心力是不存在的,B错误。核心素养提升·启智培优易错点:解决生活中圆周运动物体需要弄清两个方面的问题:一是向心力来源,二是物体转弯时轨道平面和圆心。案例质量为的飞机以恒定速率在空中水平盘旋,如图所示,其做匀速圆周运动的半径为R,重力加速度为g,则此时空气对飞机的作用力大小为(C)+-R2R2易错分析:本题易出错的原因:一是不能正确建立飞机运动的模型(实质上是圆锥摆模型),错误地认为飞机沿倾斜面圆轨道做匀速圆周运动,受力情况示意图如图甲所示,得出F=v4mg?2-F2=mg2-,错选D;二是对飞机受力nR2情况分析错误,错误地认为空气对飞机的作用力就是向心力而错选A。正确解答:飞机在空中水平盘旋时在水平面内做匀速圆周运动,受到重力和空气的作用v2力两个力的作用,其合力提供向心力F=m。飞机受力情况示意图如图乙所示,根据勾股定nRv4理得:F=?mg?2+F2=mg2+。nR2