高中物理 第5章 曲线运动 5.7 生活中的圆周运动学案新人教版必修

1、5.7生活中的圆周运动【学习目标】1. 能够分析拐弯问题、拱形桥问题中的向心力的来源。2. 可以用牛顿第二定律列式求解拐弯问题、拱形桥问题。3. 能由铁路弯道、拱形桥问题延伸认识水平面与竖直面内的圆周运动问题。4知道航天器中的失重的本质5知道离心运动及产生的条件，了解离心运动的应用和防止【新知预习】一、火车转弯问题首先观察火车轮缘和铁轨的外形GF合FN1火车转弯时的运动特点：火车转弯时做的是 运动，因而具有向心加速度，需要 。若内外轨等高，谁提供向心力？有何弊病？如何解决？实际中火车转弯时谁提供向心力？对车速有何要求？2为了消除火车车轮对路轨的侧向压力，铁路弯道处内、外轨不在同一水平面上，即

2、高、 低。其高度差是根据转弯处轨道的半径和规定的行驶速度而设计的。 3计算规定速度：设火车质量m、轨道平面倾角、轨道转弯处半径r、规定的车速v，则应有 （写出表达式）4.在转弯处：(1)若列车行驶的速率等于规定速度，则两侧轨道都不受车轮对它的侧向压力(2)若列车行驶的速率大于规定速度，则 轨必受到车轮对它向 的压力（填“内”或“外”）.(3)若列车行驶的速率小于规定速度，则 轨必受到车轮对它向 的压力（填“内”或“外”）.二、拱形桥1 汽车在凸形桥的最高点时，谁提供向心力？请写出对应的表达式。（设桥的半径是r，汽车的质量是m，车速为v，支持力为FN）支持力FN 重力Gv越大，则压力 ，当v=

3、时，压力=0。2 汽车在凹形桥的最低点时，谁提供向心力？请写出对应的表达式。设桥的半径是r，汽车的质量是m，车速为v，支持力为FN。支持力FN 重力Gv越大，则压力 。三、航天器中的失重现象当汽车通过拱形桥凸形桥面顶点时，如果车速达到一定大小，则可使汽车对桥面的压力为零如果我们把地球想象为特大的“拱形桥”，则情形如何呢?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?他这时可能有什么感觉? 假设宇宙飞船质量为M，它在地球表面附近绕地球做匀速圆周运动，其轨道半径近似等于地球半径R，航天员质量为m，宇宙飞船和航天员

4、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宇航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? 四、离心运动 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?如果物体受的合力不足以提供向心力，它会怎样运动呢?发表你的见解并说明原因 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?【问题探究】探究一、铁路拐弯问题【1】观察火车车轮，并比较它与汽车轮胎有何不同？【2】如果火车车轨在拐弯处是水平的，请画出火车在拐弯时的受力分析，并考虑此种设计对车轮和铁轨有什么危害。【3】针对【2】中提出的问题，

5、我们想要减小这种危害，应该如何改进拐弯处铁轨的设计？ 【4】已知车轨间距为L，两轨高度差为h，转弯半径为R，则质量为M的火车运行时应当有多大的速度？（因为角很小，所以可以认为sin=tan）注意：火车运动的圆心在哪儿？向心力应是什么方向？结论：【例题】铁道弯道处，内外轨组成的斜面与地面倾角为370，转弯半径为100m，质量为m20t，速度为v20m/s的火车在通过此弯道时对哪条轨道有作用力？作用力多大？探究二、拱形桥汽车过桥时车速过高，凸桥和凹桥分别会出现什么情况？【例题】：半径为R的光滑半圆球固定在水平面上，如图所示当小物体运动到顶端时，如果要求它与球面之间的作用力为零，那么它的速度v0？思

6、考：若汽车要在上图的桥上运动有什么要求？【当堂演练】1火车在转弯行驶时，需要靠铁轨的支持力提供向心力。下列关于火车转弯的说法中正确的是 ( )A在转弯处使外轨略高于内轨 B在转弯处使内轨略高于外轨C在转弯处使内轨、外轨在同一水平高度 D在转弯处火车受到的支持力竖直向上2汽车以定速率通过拱桥时，下列说法中正确的是 ( )A在最高点汽车对桥的压力大于汽车的重力B在最高点汽车对桥的压力等于汽车的重力C在最高点汽车对桥的压力小于汽车的重力D汽车以恒定的速率过桥时，汽车所受的合力为零3. 关于铁道转弯处内外铁轨间有高度差，下列说法中正确的是（ ）A. 可以使火车顺利转弯，减少车轮与铁轨间的摩擦B. 火车转弯时，火车的速度越小，车轮对内侧的铁轨测侧向压力越小C. 火车转弯时，火车的速度越大，车轮对外侧的铁轨测侧向压力越大D. 外铁轨略高于内铁轨，使得火车转弯时，由重力和支持力的合力提供了部分向心力4. 如图所示，在高速公路的拐弯处，路面筑得外高内低，即当车向左拐弯时，司机右侧的路面比左侧的要高一些，