河北省邯郸市临漳县第一中学高一物理 生活中的圆周运动学案1.doc

河北省邯郸市临漳县第一中学高一物理：生活中的圆周运动学案1、【学习目标】1会在具体问题中分析向心力的来源，会处理火车转弯、汽车过桥等力学问题2能定量分析汽车过拱形桥最高点与凹形桥最低点的压力问题3知道航天器中的失重的本质4知道离心运动及产生的条件，了解离心运动的应用和防止一.水平面的圆周运动1.火车转弯火车转弯时，是什么力作为向心力呢? (1)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f就是使火车转弯的向心力(如下左图所示).设转弯半径为r，火车质量为m，转弯时速率为v，则，f=m.由于火车质量很大，靠这种办法得到向心力，轮缘与外轨间的相互作用力要很大，铁轨容易受到损坏.(2) 实际在修筑铁路时，要根据转弯处的半径r和规定的行驶速度v0，适当选择内外轨的高度差，使转弯时所需的向心力完全由重力g和支持力fn的合力来提供，如上右图所示.必须注意，虽然内外轨有一定的高度差，但火车仍在水平面内做圆周运动，因此向心力是沿水平方向的，而不是沿“斜面”向上.f=gtg=mgtg，故mgtg=m,通常倾角不太大，可近似取tg=h/d，则hr=d.2.汽车转弯汽车在水平的圆弧路面上的做匀速圆周运动时(如图甲所示)，是什么力作为向心力的呢?如果不考虑汽车翻转的情况，我们可以把汽车视为质点.汽车在竖直方向受到的重力和支持力大小相等、方向相反，是一对平衡力；如果不考虑汽车行驶时受到的阻力，则汽车所受的地面对它的摩擦力就是向心力，如图乙所示.如果考虑汽车行驶时受到的阻力ff，则静摩擦力沿圆周切线方向的分ft(通常叫做牵引力)与阻力ff平衡，而静摩擦力指向圆心的分力fn就是向心力，如图丙所示，这时静摩擦力指向圆心的分力fn也就是汽车所受的合力.二.汽车过拱桥 （可通过学生看书，讨论，总结） 问题：质量为m的汽车在拱桥上以速度v前进，桥面的圆弧半径为 r，求汽车通过桥的最高点时对桥面的压力。 解析：选汽车为研究对象，对汽车进行受力分析：汽车在竖直方向受到重力g和桥对车的支持力f1作用，这两个力的合力提供向心力、且向心力方向向下。 建立关系式： 又因支持力与汽车对桥的压力是一对作用力与反作用力，所以 （1） 当v = 时，f = 0（2） 当0 v 时 , 0 f mg（3） 当 v 时, 汽车将脱离桥面，发生危险。小结：上述过程中汽车虽然不是做匀速圆周运动，但我们仍然使用了匀速圆周运动的公式。原因是向心力和向心加速度的关系是一种瞬时对应关系，即使是变速圆周运动，在某一瞬时，牛顿第二定律同样成立，因此，向心力公式照样适用。例2.汽车以恒定的速率v通过半径为r的凹型桥面，如图6-8-4 所示，求汽车在最低点时对桥面的压力是多大？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?引导：假设宇宙飞船质量为m，它在地球表面附近绕地球傲匀逮圆周运动，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?(看书) 四、离心运动 引导：做圆