【中学教材全解】2020-2021学年人教版高中物理必修2课时学案-第五章-第7节-生活中的圆周运动

第7节生活中的圆周运动学习目标1.了解生活中常见的圆周运动，会分析常见圆周运动向心力的来源。2.知道离心运动及其产生的缘由，知道离心现象的一些应用和可能带来的危害。3.进一步理解向心力的概念，明确匀速圆周运动的产生条件，把握向心力公式的应用。自主学习1.火车转弯(1)内外轨高度相同时，转弯所需的向心力由力供应。(2)外轨高度高于内轨，火车按设计速度行驶时，火车转弯所需的向心力由供应。火车实际行驶速度大于设计速度时，其转弯所需的向心力由力供应。(3)若两轨间距为QUOTE，外轨比内轨高QUOTE，轨道转弯半径为QUOTE，则此处轨道的设计转弯速度为。2.汽车过拱桥问题争辩（1）汽车通过拱桥顶端时，向心力由供应。（2）汽车通过拱桥顶端时，向心加速度方向，所以汽车处于(选填“超重”或“失重”)状态，车对桥的压力车的重力。（3）若汽车质量为QUOTE,桥面半径为QUOTE，当车行驶的速度为QUOTE时，汽车对凸形桥面压力为。3.航天器中的失重现象：在围绕地球运动的航天器中，由于物体所受的重力完全供应，物体处于完全状态。4.离心运动（1）离心运动的定义：。（2）离心运动的条件：。自我检测图5-7-11.（多选）如图5-7-1所示，汽车以确定的速度经过一个圆弧形桥面的顶点时，关于汽车的受力及汽车对桥面的压力状况，以下说法正确的是（）图5-7-1A.在竖直方向汽车受到三个力：重力、桥面的支持力和向心力B.在竖直方向汽车只受两个力：重力和桥面的支持力C.汽车对桥面的压力小于汽车的重力D.汽车对桥面的压力大于汽车的重力2.（单选）铁路在转弯处外轨略高于内轨的缘由是（）①减轻轮缘对外轨的挤压②减轻轮缘对内轨的挤压③火车按规定的速度转弯，外轨就不受轮缘的挤压④火车无论以多大速度转弯，内外轨都不受轮缘挤压A．①③ B．①④ C．②③ D．②④3.（单选）在下列状况中，汽车对凸形桥顶部的压力最小的是()A．以较小的速度驶过半径较大的桥B．以较小的速度驶过半径较小的桥C．以较大的速度驶过半径较大的桥D．以较大的速度驶过半径较小的桥课内探究一、铁路的弯道1.探究火车转弯时的向心力图5-7-2（1）若火车在水平面上转弯，其受力有何特点？该特点会导致怎样的后果？应当如何解决这一问题？图5-7-2（2）火车在倾斜轨道上转弯时，其做圆周运动的轨道平面在水平面上还是在倾斜面上？其圆心在何处？图5-7-32.探究轮缘压力与火车速度的关系图5-7-3如图5-7-3所示，若两轨间距为QUOTE，外轨比内轨高QUOTE，轨道转弯半径为QUOTE，则此处轨道的设计转弯速度为多少？若火车速度与设计速度不相等会怎样？（1）若火车速度QUOTE,车轮对侧轨道产生侧压力。（2）若火车速度QUOTE,车轮对侧轨道产生侧压力。例1火车以半径QUOTE=900m转弯，火车质量为QUOTEkg，设计通过速度为30m/s，火车轨距QUOTE1.4m，要使火车平安通过弯道，求两轨高度差QUOTE的大小。（QUOTE较小时tanQUOTE=sinQUOTE，QUOTE取10QUOTE）3.汽车转弯试分析摩托车、自行车转弯时向心力的来源？例2汽车以半径QUOTE=30m在水平路面上转弯，汽车质量为QUOTEkg，速度为10m/s。求汽车转弯时与水平路面的摩擦力至少多大？二、拱形桥1.凸形桥质量为QUOTE的汽车在拱形桥上以速度QUOTE行驶，若桥面的圆弧半径为QUOTE。试画出受力分析图，分析汽车通过桥的最高点时对桥的压力。通过分析，你可以得出什么结论?拓展探究：请同学们进一步考虑当汽车对桥的压力刚好减为零时，汽车的速度多大。当汽车的速度大于这个速度时，会发生什么现象?2.凹形桥汽车通过凹形桥最低点时，分析汽车对桥的压力状况。仍设汽车的质量为QUOTE，在凹形桥上以速度QUOTE行驶，桥面的圆弧半径为QUOTE。拓展结论：汽车质量为QUOTE，桥面半径为QUOTE，速度为QUOTE过拱桥（竖直面内圆周运动）汽车对桥面的压力加速度方向超重、失重状态最高点QUOTE=最低点QUOTE=留意：若速度过快，汽车在凸形桥的顶端就会做，汽车做平抛运动的临界速度QUOTE。例3一辆质量QUOTE2.0t的小轿车，驶过半径QUOTE90m的一段圆弧形桥面，重力加速度QUOTE取10QUOTE。求：(1)若桥面为凹形，汽车以20m/s的速度通过桥面最低点时，对桥面压力是多大?(2)若桥面为凸形，汽车以10m/s的速度通过桥面最高点时，对桥面压力是多大?(3)汽车以多大速度通过凸形桥面顶点时，对桥面刚好没有压力？三、航天器中的失重现象假设宇宙飞船质量为QUOTE，它在地球表面四周绕地球做匀速圆周运动，其轨道半径近似等于地球半径QUOTE，航天员质量为QUOTE，宇宙飞船和航天员受到的地球引力近似等于他们在地面上的重力。试求座舱对航天员的支持力。此时飞船的速度多大?通过求解，你可以得出什么结论?例4（单选）在下面所介绍的各种状况中，哪种状况将毁灭超重现象（）①荡秋千经过最低点的小孩②汽车过凸形桥③汽车过凹形桥④在绕地球做匀速圆周运动的飞船中的仪器A.①② B.①③ C.①④ D.③④四、离心运动1.做圆周运动的物体一旦失去向心力的作用，它会怎样运动呢?假如物体受的合力不足以供应向心力，它会怎样运动呢?发表你的见解并说明缘由。离心运动：。2.假如物体在做圆周运动的过程中受的合力突然变大，它会怎样运动呢?物体做近心、圆周、离心运动的条件图5-7-4图5-7-43.请同学们结合生活实际，举出物体做离心运动的例子。在这些例子中，离心运动是有益的还是有害的?你能说出这些例子中离心运动是怎样发生的吗?下面为几种常见的离心运动项目试验图原理图现象及结论洗衣机脱水筒汽车在水平路面上转弯用离心机把体温计的水银甩回玻璃泡中例5杂技演员在做水流星表演时，用绳系着装有水的水桶，在竖直平面内做圆周运动，若水的质量QUOTE＝0.5kg，绳长QUOTE60cm，求：(1)最高点水不流出的最小速率；(2)水在最高点速率QUOTE＝3m/s时，水对桶底的压力。图5-7-5例6如图5-7-5所示，细绳一端系着一个质量为QUOTE=0.5kg的物体，静止在水平面上；另一端通过光滑的小孔吊着质量QUOTE=0.3kg的物体。QUOTE的中点与圆孔的距离为0.2m，并知QUOTE和水平面间的最大静摩擦力为2N。现使此平面绕中心轴线转动，问角速度QUOTE在什么范围内QUOTE会处于静止状态？（QUOTE取10QUOTE）图5-7-5巩固练习图5-7-61.（多选）铁路在弯道处的内外轨道凹凸是不同的，已知内外轨道对水平面倾角为QUOTE，如图5-7-6所示，弯道处的圆弧半径为QUOTE，若质量为QUOTE的火车转弯时速度小于QUOTE，则（）图5-7-6A.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QUOTED.这时铁轨对火车的支持力不等于QUOTE2.（单选）汽车在半径为QUOTE的水平弯道上转弯，假如汽车与地面的动摩擦因数为QU