《生活中的圆周运动》导学案

1 G F 合 F N 5 85 8生活中的圆周运动导学案生活中的圆周运动导学案 目标解读目标解读 1 知道如果一个力或几个力的合力的效果是使物体产生向心加速度 它就是圆周 运动的物体所受的向心力 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 通过对离心现象的实例分析 提高学生综合应用 知识解决问题的能力 4 通过对几个实例的分析 明确具体问题必须具体分析 理解物理与生活的联系 学会用合理 科学的方法处理问题 复习 复习 匀速圆周运动中 谁提供向心力 变速圆周运动中 谁提供向心力 怎样找向心力 自主学习自主学习 预习过程中 思考以下问题 预习过程中 思考以下问题 一 一 火车转弯问题火车转弯问题 首先观察火车轮缘和铁轨的外形 1 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 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 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 合作探究合作探究 探究探究 1 火车以某一速度 v 通过某弯道时 内 外轨道均不受侧压力作用 下面分析正确 的是 A 轨道半径 R v2 g B 若火车速度大于 v 时 外轨将受到侧压力作用 其方向平行轨道平面向外 C 若火车速度小于 v 时 外轨将受到侧压力作用 其方向平行轨道平面向内 D 当火车质量改变时 安全速率也将改变 探究探究 2 汽车与路面的动摩擦因数为 公路某转弯处半径为 R 设最大 静摩擦力等于滑动摩擦力 问 1 若路面水平 汽车转弯不发生侧滑 汽车速度不能超过多少 F合 mg FN 2 2 若将公路转弯处路面设计成外侧高 内侧低 使路面与水平面有一倾角 如 图所示 汽车以多大速度转弯时 可以使车与路面间无摩擦力 解析 解析 在路面水平的情况下 汽车转弯所需的向心力是由汽车和路面之间的静摩擦力 来提供的 当公路转弯处是外高内低的斜面时 重力和斜面的支持力将在水平方向上提供 一个合力 加上和路面的静摩擦力来提供向心力 此时 在同样的情况下 所需的静摩擦 力就减小 二 二 拱形桥拱形桥 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 G v 越大 则压力 当 v 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 G v 越大 则压力 合作探究合作探究 探究探究 3 3 有一辆质量为 800kg 的小汽车驶上圆弧半径为 50m 的拱 桥 g 取 10m s2 1 汽车到达桥顶时速度为 5m s 汽车对桥的压力是多大 2 汽车以多大速度经过桥顶时便恰好对桥没有压力而腾空 3 汽车对地面的压力过小是不安全的 因此从这个角度讲 汽车过桥时的速度不能过大 对于同样的车速 拱桥圆弧的半径大些比较安全 还是小些比较安全 4 如果拱桥的半径增大到与地球半径 一样 汽车要在地面上腾空 速度要多大 已 知地球半径为 6400km 三 航天器中的失重现象三 航天器中的失重现象 复习 超重的条件是什么 失重的条件是什么 完全失重的条件又是什么 1 近地做匀速圆周运动的航天器中 物体的向心力由谁提供 请写出对应的表达式 1 v 时 航天员 或物体 对航天器无压力 航天员处于 状态 2 任何关闭了发动机又不受 的飞行器 都是一个 的环境 3 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 的 合作探究合作探究 探究探究 4 4 飞行员的质量为 m 驾驶飞机在竖直平面内以速度 v 做匀速圆周运动 在其运动 圆周的最高点和最低点 飞行员对座椅产生的压力是 A 在最低点比在最高点大 2mv2 R B 相等 C 在最低点比在最高点大 2mg D 最高点的压力大些 四 离心运动四 离心运动 1 定义 做圆周运动的物体 在合外力突然消失时 将会 如果合 外力未消失 但合力不足以提供它做圆周运动所需的向心力 时 将会做逐渐 圆心的运动 这种运动叫离心运 动 2 向心运动 做圆周运动的物体 当其所受的沿径向的 合外力 于物体所需的向心力时 物体会逐渐 圆心 3 离心现象的本质是物体惯性的表现 4 离心运动的应用例子有 洗衣机的脱水筒和利用离心现象制作棉花糖等等 问题思考问题思考 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 基础训练基础训练 1 如图 6 8 7 所示 汽车以一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情况 以下说法正确的是 A 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 在高速公路的拐弯处 路面造得外高内低 即当车向右拐弯时 司机左侧路面比右侧的要高一些 路面与水平面间的夹角为 设拐弯路段是半径为 R 的 圆弧 要使车速为 v 时车轮与路面之间的横向 即垂直于前进方向 摩擦力等于零 应 满足什么条件 3 汽车的速度是 72km h 过凸桥最高点时 对桥的压力是车重的一半 则桥面的半径为 m 当车速为 m s 时 车对桥面最高点的压力恰好为零 g 取 10m s2 4 一细绳拴一质量 m 100 g 的小球 在竖直平面内做半径 R 40 cm 的圆周运动 取 g 10 m s2 求 1 小球恰能通过圆周最高点时的速度 2 小球以 v1 3 0 m s 的速度通过圆周最低点时 绳对小球的拉力 3 小球以 v2 5 0m s 的速度通过圆周最低点时 绳对小球的拉力 5 质量为 m 0 02 kg 的小球 与长为 l 0 4 m 的不计质量的细杆一端连接 以杆的另一端 为轴 在竖直面内做圆周运动 当小球运动到最高点 速度分别为 v1 0 v2 l m s v3 2 m s v4 4 m s 时 杆分别对小球施加什么方向的力 大小如何 4 巩固练习 1 A 级 一质量为 m 的小物块沿半径为 R 的圆弧轨道下滑 滑到最低点时的速度为 v 若小物块与轨道间的动摩擦因数为 则当小物块滑到最低点时所受到的摩擦力为 A mg B mv2 R C m g v2 R D m g v2 R 2 A 级 细杆的一端与小球相连 可绕过另一端的水平轴自由转动 先给小球一初速度 使它在竖直平面内做圆周运动 a b 分别表示小球轨道的最低点和最高点 则杆对小球的 作用力可能是 A a 处为拉力 b 处为拉力 B a 处为拉力 b 处为推力 C a 处为推力 b 处为拉力 D a 处为推力 b 处为拉力 3 C 级 如图所示 细杆的一端与一小球相连 可绕过 O 点的水平轴 自由转动 细杆长 0 5 m 小球质量为 3 0 kg 现给小球一初速度 使它 做圆周运动 若小球通过轨道最低点 a 处的速度为 va 4 m s 通过轨道 最高点 b 处的速度为 vb 2 m s 取 g 10 m s2 则小球在最低点和最高 点时对细杆作用力的情况是 A a 处是拉力 竖直向上 大小为 126 N B a 处是拉力 竖直向下 大小为 126 N C b 处是拉力 竖直向上 大小为 6 N D b 处是拉力 竖直向下 大小为 6 N 4 B 级 如右下图所示的圆锥摆运动 以下说法正确的是 A 在绳长固定时 当转动角速度增为原来的 2 倍时 绳子的张力增大为原来的 4