2022年人教版必修二.《生活中的圆周运动》教案 3

1、名师精编 优秀教案第五章 曲线运动 5.7 生活中的圆周运动（ 1）主备人：张松审核人：胡怀平 2011-3-12 【学习目标】1了解火车转弯、汽车过拱桥向心力的来源，会受力分析2学会用牛顿运动定律求解圆周运动力学问题【问题导学】1火车转弯 火车车轮的结构特点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，由图 1 所示力的合成得向心力为hF合=mgtan mgsin =mgL2 2由牛顿第二定律得：F 合=m v 0所以 mg h =m v 0R L R即 火 车 转 弯 的 规 定 速 度 v0= Rgh 。L图 1 （2） 对火车转弯时速度与向心

2、 力的讨论a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。b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。c当火车转弯速度 vv0时，该合力 F 大于向心力，内轨向外侧挤压轮缘，产生的侧压力与该合力 F 共同充当向心力。2汽车过桥 汽车过拱桥时，车对桥的压力小于其重力汽车在桥上运动经过最高点时，汽车所受重力G 及桥对其支持力F N 提供向心力。如图2 所示。GFN=mv2（图 2）持力是一对作用力与反作R所以 F N=Gmv2R汽车对桥的压力与桥对汽车的支名师精编 优秀教案用力，故汽车对桥的压力小于其重

3、力。v=思考汽车的速度不断增大时，会发生什么现象？可得由上面表达式F N=Gmv2可以看出， v 越大， F N 越小。当FN=0 时，由 G=mv2RRgR 。若速度大于gR 时，汽车所需的向心力会大于重力，这时汽车将“ 飞” 离桥面。我们看摩托车越野赛时，常有摩托车飞起来的现象，就是这个原因。 汽车过凹桥时，车对桥的压力大于其重力如图 3，汽车经过凹桥最低点时，受竖直向下的重力和竖直向上的支持力，其合力充当向 心 力 . 则 有 ： F N G=mv2， 所 以（图 3）F N=G+mv2RR由牛顿第三定律知，车对桥的压力FN=G+mv2， 大 于 车 的 重R力，而且还可以看出，v 越大

4、，车对桥的压力越大。思考汽车不在拱形桥的最高点或最低点时，如图4 所示，它的运动能用上面的方法求解吗？分析可以用上面的方法求解，但要注意向心力的来源发生了变化。如图4，重力沿半径方向的分力和垂直桥面的支持力共同提供向心力。夹角为 ，则有2 v mgcos F N=m R2 v 所以 F N=mgcos m R桥面支持力与夹角 、车速 v 都有关。设此时汽车与圆心的连线和竖直方向的（图 4）3航天器中的失重现象飞船环绕地球做匀速圆周运动，当飞船距地面高度为一二百千米时，它的轨道半径近似等于地球半径 R，航天员受到的地球引力近似等于他在地面测得的体重 mg。除了地球引力外，航天员还可能受到飞船座舱

5、对他的支持力F N ，引力与支持力的合力为他提供了绕地球2做匀速圆周运动所需的向心力 F= mv，即R2 2mgF N= mv也就是 F N=m（gv）R R由此可以解出，当 v= gR 时，座舱对航天员的支持力 F N=0，航天员处于失重状态。思考 地球可以看作一个巨大的拱形桥，桥面的半径就是地球半径 R（约为 6400 km ）。地面上有一辆汽车，重量是 G=mg，地面对它的支持力是 F N 。汽车沿南北方向行驶，不断（图 5）名师精编 优秀教案加速。如图 5 所示。会不会出现这样的情况：速度大到一定程度时， 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

6、力是多少？他这时可能有什么感觉？其实，这和飞船的情况相似，当汽车速度达到 v= gR 时（代数计算可得 v=7.9 10 3 m/s），地面对车的支持力是零，这时汽车已经飞起来了，此时驾驶员与座椅间无压力。驾驶员、车都处于完全失重状态 .驾驶员躯体各部分之间没有压力，他会感到全身都飘起来了。【典型例题】1一辆卡车在丘陵地匀速行驶 最大的地段应是（）Aa 处 Bb 处 Cc 处 D d 处, 地形如图所示， 由于轮胎太旧， 途中爆胎，爆胎可能性2一汽车通过拱形桥顶点时速度为10 m/s，车对桥顶的压力为车重的3 ，如果要使汽 4车在桥顶对桥面没有压力，车速至少为（）A15 m/s B20 m/s

7、 C25 m/s D 30 m/s 3.如图所示，半径为r 的圆筒，绕竖直中心轴OO 旋转，小物块 a 靠在圆筒的内壁上，它与圆筒内壁间的动摩擦因数为 ，现要使 a 不下落， 则圆筒转动的角速度 至少为（）A grO B gCg rODg名师精编优秀教案 r【课后巩固】1汽车以一定速率通过拱桥时，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 2. 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

8、. 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3有一种大型游戏器械，它是一个圆筒形大容器，筒壁竖直， 游客进入容器后靠筒壁站立，当圆筒开始转动，转速加快到一定程度时，突然地板塌落，游客发现自己没有落下去，这是 因为（）A游客受到的筒壁的作用力垂直于筒壁 B游客处于失重状态 C游客受到的摩擦力等于重力 D游客随着转速的增大有沿壁向上滑动的趋势4汽车在倾斜的弯道上拐弯，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(提示：转弯半径是水平的) (BgrcosAgrsinCgrtanDgrcot5如图所示，小物体位于半径为 R 的半球顶端，若给小物体以水平初速度v0 时，小物体对球顶恰无压力，则( )