§5.8生活中的圆周运动.doc

2008-2009学年度高一物理必修2活动单5.8生活中的圆周运动学习目标: （1）知道生活中常见圆周运动，会分析常见圆周运动向心力来源。（2）知道离心运动及其产生的原因，知道离心现象的一些应用和可能带来的危害。铁路（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，掌握向心力公式的应用。活动一：铁路在弯道转弯问题研究问题1：在平直轨道上匀速行驶的火车，所受的合力为零，那火车在转弯时呢？是什么力提供向心力？问题2：内外铁轨相平时，铁轨怎么会对火车提供水平方向的作用力呢？ 问题3：内外铁轨相平时，使外轨对外轮轮缘的弹力提供使火车转弯的向心力，这种方法在实际中可取吗？为什么？问题4：为了使铁轨不受到损坏，在铁轨铺设方面，应该怎样采取怎样的措施呢？在转弯处使外轨略高于内轨，火车驶过转弯处时，铁轨对火车的支持力方向不再是竖直的，而是斜向轨道的内侧。它与重力的合力水平指向圆心，成为火车转弯时的向心力，这样外轨就不受到轮缘的挤压了。例1、如图，若火车所受重力为G，试求出向心力的大小。若铁轨宽d，倾斜高度为h，求过弯的规定速度v0。在修筑铁路时，必须根据转弯处轨道的半径和规定的速度v0，适当地选择内外轨的高度差。问题5：如果火车在转弯处的速度不等于规定速度，会发生怎样的情况？ 当vv0时 当vv0时生活中与这一类型相似的实例：场地赛车活动二：汽车过拱形桥问题研究例2、质量为m汽车在桥面以速度v行驶时，桥面的圆弧半径为R，试求汽车通过最高点时，对桥面的压力。问题2：如果汽车在桥面的速度不断增大，汽车对桥面的压力怎样变化？最终可能会发生什么现象？例3、一辆质量为1000千克的小汽车，以某一速度通过一拱形桥，已知桥孔的半径是10米。求下列情况下，车对桥面的压力？ 当V=5m/s时， 当V=10m/s时 当V=15m/s时例4、绳系着装有水的水桶，在竖直平面内做圆周运动，水的质量m0.5 kg，绳长l60 cm，求：（1）最高点水不流出的最小速率？（2）水在最高点速率v3 m/s时，水对桶底的压力？思考：地球可以看作一个巨大的拱形桥，桥面的半径约6400千米，地面上有一辆汽车在行驶，重量为G，当速度为多少时，对地面的支持力为0。探索情景：杂技表演中有一个“水流星”的节目：如图所示，在一只水桶中装上水，然后让桶在竖直平面内做圆周运动，水不会洒出来。这是为什么？要想不让水洒出来必须要满足什么条件？思考：游乐园中过山车是什么原理？ 问题3：汽车通过凹形桥，在最低点时，车对凹形桥的压力又怎样？活动三：航天器中的失重现象问题研究1、任何关闭了发动机又不受阻力的飞行器中，都是一个完全失重的环境2、把航天器失重的原因说成是它离地球太远，从而摆脱了地球引力，是完全错误的。例5、宇航员在绕地球做匀速圆周运动的航天飞机中，会处于完全失重状态，此时（ ）A、宇航员亿不受重力 B、宇航员受力平衡C、重力正好提供向心力，就没有加速度了 D、重力正好提供向心力，产生了向心加速度例6、将来人类将离开地球到宇宙中去生活，可以设计如图所示的宇宙村。它是一个圆形的密封建筑，人们生活在圆环的边上，为了使人们在其中生活不至于有失重感，可以让它旋转。设这个建筑物的直径为200 m，那么当它绕其中心轴转动的转速为多少时，人类感觉到像生活在地球上一样(承受10 m/s2的加速度)？如果转速超过了上述值，人们将有怎样的感觉？自主学习：宇宙飞船在太空中的速度到底是多大？座舱对航天员的支持力真的是零吗？（谜底见课本下一章万有引力）活动四：离心运动问题研究做匀速圆周运动的物体，在一定条件下，做逐渐远离圆心的运动，这种运动叫做离心运动。分析物体做离心运动的原因：物体受到的合力不足以提供物体做圆周运动的向心力。问题：请举例说明生活中，有哪些现象应用了离心运动？ 离心干燥机、洗衣机脱水筒、离心沉淀机、制造无缝钢管、体温计甩水银柱等。离心运动的应用和防止：1、离心运动的应用做棉花糖的工艺过程研究原理：在内桶里面加入白砂糖，加热使白砂糖融化成糖汁，内筒高速运转，粘稠的糖汁做离心运动从内筒壁上的小孔飞散出去被拉成丝状，到达温度较低的外筒凝结成固体，转成纤细雪白就像一团团棉花。洗衣机的脱水筒2、离心运动的防止（1）汽车在公路转弯处要限速。在水平公路上行驶的汽车，转弯时所需要的向心力是由车轮与路面间的静摩擦力提供的。如果转弯时速度过大，最大静摩擦力Fm仍小于所需的向心力Fn，汽车将做离心运动而造成交通事故，因此，在公路转弯处必须限速。（2）转动的砂轮、飞轮限速。转动的砂轮、飞轮，当转速过高时，砂轮、飞轮内部分子间的相互作用力不足以提供所需的向心力时，离心运动会使它们破裂，酿成事故，因此，高速转动的砂轮、飞轮不准超过允许的最大转速。课堂练习1、一辆载重车在丘陵地行驶，地形如图所示。轮胎已经很旧，为防爆胎，应使车经何处的速率最小？2、飞机要在空中实施水平转弯，应该怎样飞行？3、汽车在倾斜的轨道上转弯如图所示，弯道的倾角为，半径为r，则汽车完全不靠摩擦力转弯的速率是（设转弯半径水平）( )A B C D4、如图为工厂中的行车示意图.设钢丝长3 ，用它吊着质量为2.7 t的铸件，行车以2 m/s的速度匀速行驶，当行车突然刹车停止时钢丝中受到的拉力为 N。5、水平圆盘绕竖直轴以角速度匀速转动.一个质量为50kg的人坐在离轴m处随盘一起转动.设人与盘的最大静摩擦力均为体重的0.3倍，求：（1）为多大时，人开始相对盘滑动。（2）此时离中心=0.4 m处的质量为100kg的另一个人是否已相对滑动?简述理由。（取g10 m/s2）生活中的圆周运动学习目标：（1）知道生活中常见圆周运动，会分析常见圆周运动向心力来源。（2）知道离心运动及其产生的原因，知道离心现象的一些应用和可能带来的危害。铁路（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，掌握向心力公式的应用。活动一：铁路在弯道转弯问题研究问题1：在平直轨道上匀速行驶的火车，所受的合力为零，那火车在转弯时呢？是什么力提供向心力？问题2：内外铁轨相平时，铁轨怎么会对火车提供水平方向的作用力呢？ 问题3：内外铁轨相平时，使外轨对外轮轮缘的弹力提供使火车转弯的向心力，这种方法在实际中可取吗？为什么？问题4：为了使铁轨不受到损坏，在铁轨铺设方面，应该怎样采取怎样的措施呢？例1、如图，若火车所受重力为G，试求出向心力的大小。若铁轨宽d，倾斜高度为h，求过弯的规定速度v0。在修筑铁路时，必须根据转弯处轨道的半径和规定的速度v0，适当地选择内外轨的高度差。问题5：如果火车在转弯处的速度不等于规定速度，会发生怎样的情况？当vv0时当vv0时生活中与这一类型相似的实例：场地赛车活动二：汽车过拱形桥问题研究例2、质量为m汽车在桥面以速度v行驶时，桥面的圆弧半径为R，试求汽车通过最高点时，对桥面的压力。问题2：如果汽车在桥面的速度不断增大，汽车对桥面的压力怎样变化？最终可能会发生什么现象？例3、一辆质量为1000千克的小汽车，以某一速度通过一拱形桥，已知桥孔的半径是10米。求下列情况下，车对桥面的压力？当V=5m/s时，当V=10m/s时当V=15m/s时例4、绳系着装有水的水桶，在竖直平面内做圆周运动，水的质量m0.5 kg，绳长l60 cm，求：（1）最高点水不流出的最小速率？（2）水在最高点速率v3 m/s时，水对桶底的压力？思考：地球可以看作一个巨大的拱形桥，桥面的半径约6400千米，地面上有一辆汽车在行驶，重量为G，当速度为多少时，对地面的支持力为0。探索情景：杂技表演中有一个“水流星”的节目：如图所示，在一只水桶中装上水，然后让桶在竖直平面内做圆周运动，水不会洒出来。这是为什么？要想不让水洒出来必须要满足什么条件？思考：游乐园中过山车是什么原理？ 问题3：汽车通过凹形桥，在最低点时，车对凹形桥的压力又怎样？活动三：航天器中的失重现象问题研究1、任何关闭了发动机又不受阻力的飞行器中，都是一个完全失重的环境。2、把航天器失重的原因说成是它离地球太远，从而摆脱了地球引力，是完全错误的。例5、宇航员在绕地球做匀速圆周运动的航天飞机中，会处于完全失重状态，此时（ ）A、宇航员不受重力 B、宇航员受力平衡C、重力正好提供向心力，就没有加速度了 D、重力正好提供向心力，产生了向心加速度例6、将来人类将离开地球到宇宙中去生活，可以设计如图所示的宇宙村。它是一个圆形的密封建筑，人们生活在圆环的边上，为了使人们在其中生活不至于有失重感，可以让它旋转。设这个建筑物的直径为200 m，那么当它绕其中心轴转动的转速为多少时，人类感觉到像生活在地球上一样(承受10 m/s2的加速度)？如果转速超过了上述值，人们将有怎样的感觉？自主学习：宇宙飞船在太空中的速度到底是多大？座舱对航天员的支持力真的是零吗？（谜底见课本下一章万有引力）活动四：离心运动问题研究做匀速圆周运动的物体，在一定条件下，做逐渐远离圆心的运动，这种运动叫做离心运动。分析物体做离心运动的原因： 。问题：请举例说明生活中，有哪些现象应用了离心运动？ 离心运动的应用和防止：1、离心运动的应用做棉花糖的工艺过程研究原理：在内桶里面加入白砂糖，加热使白砂糖融化成糖汁，内筒高速运转，粘稠的糖汁做离心运动从内筒壁上的小孔飞散出去被拉成丝状，到达温度较低的外筒凝结成固体，转成纤细雪白就像一团团棉花。洗衣机脱水筒2、离心运动的防止（1）汽车在公路转弯处要限速。在水平公路上行驶的汽车，转弯时所需要的向心力是由车轮与路面间的静摩擦力提供的。如果转弯时速度过大，最大静摩擦力Fm仍小于所需的向心力Fn，汽车将做离心运动而造成交通事故，因此，在公路转弯处必须限速。（2）转动的砂轮、飞轮限速。转动的砂轮、飞轮，当转速过高时，砂轮、飞轮内部分子间的相互作用力不足以提供所需的向心力时，离心运动会使它们破裂，酿成事故，因此，高速转动的砂轮、飞轮不准超过允许的最大转速。课堂练习1、一辆载重车在丘陵地行驶，地形如图所示。轮胎已经很旧，为防爆胎，应使车经何处的速率最小？2、飞机要在空中实施水平转弯，应该怎样飞行？3、汽车在倾斜的轨道上转弯如图所示，弯道的倾角为，半径为r，则汽车完全不靠摩擦力转弯的速率是（设转弯半径水平）(