湖北省荆州市沙市第五中学高中物理 5.7生活中的圆周运动导学案 新人教版必修2.doc

5.7生活中的圆周运动导学案命制学校：沙市五中命制教师：学习目标：1会在具体问题中分析向心力的来源2能理解运用匀速圆周运动的规律分析和处理生产和生活中的具体实例3知道向心力和向心加速度的公式也适用于变速圆周运动，会求变速圆周运动中物体在特殊点的向心力和向心加速度4通过对离心现象的实例分析，提高综合应用知识解决问题的能力学习重点：1向心力的来源，并结合牛顿运动定律求解有关问题2关于对竖直平面内圆周运动临界问题的讨论和分析学习难点：1向心力的来源，并结合牛顿运动定律求解有关问题2关于对竖直平面内圆周运动临界问题的讨论和分析学法指导：实验探究法、讨论交流与练习法知识链接1 匀速圆周运动的规律自主学习一、铁路的弯道1火车在弯道上的运动特点火车在弯道上运动时做_，因而具有向心加速度，由于其质量巨大，需要很大的_2向心力的来源内外轨高度差：依据弯道的_和规定的行驶_适当选择内外轨的高度差，使转弯时所需的向心力由_和_的合力来提供二、拱形桥1运动特点：汽车做圆周运动，_和桥面的_提供向心力2汽车在拱形桥的最高点时，向心力fn_.所以支持力fnmg，且v越大，fn_，当v_时，fn0.三、航天器中的失重现象1航天器在近地轨道的运动(1)对航天器，重力充当向心力，满足的关系式_(2)对航天员，由重力和座椅的支持力提供向心力，满足关系为_，由此可得fn0.航天员处于_状态，对坐椅_(3)航天器内的任何物体之间_2对失重现象的认识航天器内的任何物体都处于_状态，但并不是物体不受重力正因为受到重力作用才使航天器连同其中的乘员绕地球做_四、离心运动离心现象：如果一个正在做匀速圆周运动的物体在运动过程中，由于某种原因所受向心力_或_，物体就会由于_远离_，这种现象称为离心现象思考与讨论你注意过铁路、公路在转弯处的铁轨、路面跟平直的路段有什么不同吗？你注意观察飞机转弯时机身的状态了吗？合作探究一、水平面内的圆周运动火车转弯、汽车转弯、飞机转弯1火车转弯(1)火车车轮的结构特点火车的车轮有凸出的轮缘，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(如图所示)(2)如果转弯处内外轨一样高，外侧车轮的轮缘挤压外轨，使外轨发生弹性形变，外轨对轮缘的弹力就是火车转弯的向心力，见下图，但火车质量太大，靠这种办法得到向心力，轮缘与外轨间的相互作用力太大，铁轨和车轮极易受损(3)如果在转弯处使外轨略高于内轨，火车转弯时铁轨对火车的支持力fn的方向不再是竖直的，而是斜向弯道的内侧，它与重力g的合力指向圆心，为火车转弯提供了一部分向心力，这就减轻了轮缘与外轨的挤压在修筑铁路时，要根据弯道的半径和规定的行驶速度，适当选择内、外轨的高度差，使转弯时所需的向心力几乎完全由重力g和支持力fn的合力来提供，如图所示设内外轨间的距离为l，内外轨的高度差为h，火车转弯的半径为r，火车转弯的规定速度为v0，由右图所示力的合成得向心力为f合mgtanmgsinmgh/l由牛顿第二定律得f合mv/r所以mgh/lmv/r即火车转弯的规定速度v0.(4)对火车转弯时速度与向心力的讨论当火车以规定速度v0转弯时，合力f等于向心力，这时轮缘与内、外轨均无侧压力当火车转弯速度vv0时，该合力f小于向心力，外轨向内挤压轮缘，提供侧压力，与f共同充当向心力当火车转弯速度v时，车将脱离桥面2在凹形桥最低点如右图所示，则有：f向fnmgmanm桥对车的支持力fnmgm据牛顿第三定律，车对桥压力大小fnmgm可以看出：在最低点车对桥压力大于车本身重量mg.典例2一辆载重汽车的质量为4m，通过半径为r的拱形桥，若桥顶能承受的最大压力为f3mg，为了安全行驶，汽车应以多大速度通过桥顶？巩固练习2一辆汽车匀速通过半径为r的凸圆弧拱形桥面，关于汽车受力情况，下列说法正确的是()a汽车对路面的压力大小不变，总等于汽车重力b汽车对路面的压力大小不断发生变化，总是小于汽车所受重力c汽车的牵引力不发生变化d汽车的牵引力逐渐减小三、航天器中的失重现象、离心运动1航天员在航天器中绕地球做匀速圆周运动，此时重力提供了航天器及航天器中航天员的向心力，即航天器中的人和物处于完全失重状态根据mg，可得v式中的g为航天器所在处的重力加速度，r为航天器做匀速圆周运动的轨道半径2离心运动(1)离心运动的定义做匀速圆周运动的物体，在合外力突然消失或者不足以提供圆周运动所需的向心力的情况下，就做逐渐远离圆心的运动，叫作离心运动(2)离心现象条件分析做圆周运动的物体，由于本身具有惯性，总是沿着切线方向运动，只是由于向心力作用，使它不能沿切线方向飞出，而被限制着沿圆周运动，如图中b所示当产生向心力的合外力消失，f0，物体便沿所在位置的切线方向飞出去，如上图中a所示当提供向心力的合外力不完全消失，而只是小于应当具有的向心力，fmr2，即合外力不足以提供所需的向心力的情况下，物体沿切线与圆周之间的一条曲线运动，如上图中c所示(3)离心运动的应用和危害利用离心运动制成离心机械，如：离心干燥器、洗衣机的脱水桶等汽车、火车转弯处，为防止离心运动造成的危害，一是限定汽车和火车的转弯速度不能太大；二是把路面筑成外高内低的斜坡以增大向心力(4)常见几种离心运动的对比项目实物图原理图现象及结论洗衣机脱水桶当水滴跟物体附着力f不足以提供向心力时，即fm2r，水滴做离心运动汽车在水平路面上转弯当最大静摩擦力不足以提供向心力时，即fmaxm，汽车做离心运动用离心机把体温计水银甩回玻璃泡中当离心机快速旋转时，缩口处对水银柱的阻力不足以提供向心力时，水银柱做离心运动进入玻璃