生活中的圆周运动-高一物理10分钟课前预习练人教版2019版必修第二册

课前预习记录：月日星期第4节生活中的圆周运动一．学习目标1．能根据所学知识分析生活中的圆周运动现象。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，了解在生活中的应用及带来的危害。二．思维脉络三．教材梳理·落实新知知识点1火车转弯1．火车车轮的特点火车的车轮有凸出的轮缘，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。2．火车弯道的特点弯道处外轨高于内轨，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。3．火车转弯的向心力来源火车速度合适时，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。即mgtanθ＝meq\f(v\o\al(2,0),R)，解得v0＝eq\r(gRtanθ)。4．轨道轮缘压力与火车速度的关系(1)当火车行驶速率v等于规定速度v0时，内、外轨道对轮缘都没有侧压力。(2)当火车行驶速度v大于规定速度v0时，火车有离心运动趋势，故外轨道对轮缘有侧压力。(3)当火车行驶速度v小于规定速度v0时，火车有向心运动趋势，故内轨道对轮缘有侧压力。知识点2汽车过桥问题：内容项目汽车过凸形桥汽车过凹形桥受力分析以向心力方向为正方向mg－FN＝meq\f(v2,r)FN＝mg－meq\f(v2,r)FN－mg＝meq\f(v2,r)FN＝mg＋meq\f(v2,r)牛顿第三定律F压＝FN＝mg－meq\f(v2,r)F压＝FN＝mg＋meq\f(v2,r)讨论v增大，F压减小；当v增大到eq\r(gr)时，F压＝0v增大，F压增大知识点3离心运动1．离心运动的实质离心运动是物体逐渐远离圆心的运动，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。2．物体做离心运动的条件做圆周运动的物体，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。3．离心运动的受力特点物体做离心运动并不是物体受到离心力作用，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。4．离心运动、近心运动的判断(如图)(1)若F合＝mrω2或F合＝eq\f(mv2,r)，物体做匀速圆周运动，即“提供”满足“需要”。(2)若F合>mrω2或F合>eq\f(mv2,r)，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F合<mrω2或F合<eq\f(mv2,r)，则外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”。(4)若F合＝0，则物体做匀速直线运动。四．判断题1.铁路的弯道处，内轨高于外轨。()2.火车转弯时的向心力一定是重力与铁轨支持力的合力提供的。()3.汽车驶过拱形桥顶部时，对桥面的压力等于车重。()4.汽车行驶至凹形桥底部时，对桥面的压力大于车重。()5.绕地球做匀速圆周运动的航天器中的航天员处于完全失重状态，故不再受重力。()6.做离心运动的物体可以沿半径方向向外运动。()五．典例分析例题1铁路转弯处的圆弧半径是300m，轨距是1.435m，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？(g＝9.8m/s2)说明理由。例题2如图所示，质量m＝2.0×104kg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，如果桥面承受的压力不得超过3.0×105N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)例题3在冬奥会短道速滑项目中，运动员绕周长仅111米的短道竞赛。比赛过程中运动员在通过弯道时如果不能很好地控制速度，将发生侧滑而摔离正常比赛路线。如图所示，圆弧虚线Ob代表弯道，即正常运动路线，Oa为运动员在O点时的速度方向(研究时可将运动员看作质点)。下列论述正确的是()A．发生侧滑是因为运动员受到的合力方向背离圆心B．发生侧滑是因为运动员受到的合力大于所需要的向心力C．若在O点发生侧滑，则滑动的方向在Oa左侧D．若在O点发生侧滑，则滑动的方向在Oa右侧与Ob之间六．当堂训练1．(多选)(2021·曲周县第一中学高一开学考试)在公路转弯处外侧的李先生家门口，三个月内连续发生了八次大卡车侧翻的交通事故。经公安部门和交通部门协力调查，画出的现场示意图如图所示。为了避免事故再次发生，很多人提出了建议，下列建议中合理的是()A．在进入转弯处设立限速标志，提醒司机不要超速转弯B．改进路面设计，减小车轮与路面间的摩擦C．改造此段弯路，使弯道内侧低、外侧高D．改造此段弯路，使弯道内侧高、外侧低2．(多选)(2021·山东威海市高一期末)如图所示，汽车过拱形桥时的运动可以看作圆周运动。下列说法正确的是()A．车速相同时，拱形桥圆弧的半径越小，行车越安全B．车速相同时，拱形桥圆弧的半径越大，行车越安全C．对同一拱形桥，汽车的速度越大，汽车对桥的压力越小D．对同一拱形桥，汽车的速度越大，汽车对桥的压力越大参考答案三．1．不断变化2．切线3．变速运动4．_加速度_合力5．不在6．不在四．1.×2.×3.×4.√5.×6.×五．例题1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。F＝mgtanθ＝meq\f(v2,r)，tanθ＝eq\f(v2,gr)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＝eq\f(h,L)代入上式得：eq\f(h,L)＝eq\f(v2,rg)所以内外轨的高度差为h＝eq\f(v2L,rg)＝eq\f(202×1.435,300×9.8)m＝0.195m。例题2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。(1)汽车在凹面的底部时，由牛顿第三定律可知，桥面对汽车的支持力FN1＝3.0×105N，根据牛顿第二定律得：FN1－mg＝meq\f(v2,r)，即v＝eq\r(\f(FN1,m)－gr)＝eq\r(\f(3.0×105,2.0×104)－10×60)m/s＝10eq\r(3)m/s(2)汽车在凸面顶部时，由牛顿第二定律得：mg－FN2＝eq\f(mv2,r)，则FN2＝meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(g－\f(v2,r)))＝2.0×104×eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(10－\f(300,60)))N＝1.0×105N由于FN2>0，汽车不会离开桥面，由此知v＝10eq\r(3)m/s，即为最大值。由牛顿第三定律得，在凸形桥顶汽车对桥面的压力为1.0×105N。答案：(1)10eq\r(3)m/s(2)1.0×105N例题3D解析：发生侧滑是因为运动员的速度过大，所需要的向心力过大，而运动员受到的合力小于所需要的向心力，运动员受到的合力方向指向圆弧内侧，故选项A、B错误；运动员在水平方向不受任何外力时沿Oa方向做离心运动，实际上运动员受到的合力方向指向圆弧Ob内侧，所以运动员滑动的方向在Oa右侧与Ob之间，故选项C错误，D正确。六．1.AC解析：车发生侧翻是因为提供的力不够做圆周运动所需的向心力，发生离心运动；故减小速度可以减小向心力，可以防止侧翻现象，故A正确；在水平路面上拐弯时，靠静摩擦力提供向心力，故可以通过改进路面设计，增大车轮与路面间的摩擦力，故B错误；易发生侧翻也可能是路面设计不合理，公路的设计上可能内侧高外侧低，重力沿斜面方向的分力背离圆心，导致合力不够提供