【高中物理】高中物理(人教版)必修2同步教师用书：-第5章-7.生活中的圆周运动.doc

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1、7生活中的圆周运动学 习 目 标知 识 脉 络1.知道具体问题中的向心力来源(难点)2.掌握分析、处理生产和生活中实例的方法(重点、难点)3.掌握物体在变速圆周运动中特殊点的向心力、向心加速度的求法(重点、难点)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实际上在做圆周运动，因而具有向心加速度，由于其质量巨大，需要很大的向心力图5712向心力的来源(1)若转弯时内外轨一样高，则由外轨对轮缘的弹力提供向心力，这样，铁轨和车轮极易受损(2)若内外轨有高度差，依据规定的行驶速度行驶，转弯时向心力几乎完全由重力G和支持力FN的合力提供1火车弯道的半径很大，故火车转弯需要的向心力很小()

2、2火车转弯时的向心力是车轨与车轮间的挤压提供的()3火车通过弯道时具有速度的限制()除了火车弯道具有内低外高的特点外，你还了解哪些道路具有这样的特点？图572【提示】有些道路具有外高内低的特点是为了增加车辆做圆周运动的向心力，进而提高了车辆的运动速度，因此一些赛车项目的赛道的弯道要做得外高内低，比如汽车、摩托车、自行车赛道的弯道，高速公路的拐弯处等火车在铁轨上转弯可以看成是匀速圆周运动，如图573所示，请思考下列问题：重力G与支持力FN的合力F是使火车转弯的向心力图573探讨1：火车转弯处的铁轨有什么特点？【提示】火车转弯处，外轨高于内轨探讨2：火车转弯时速度过大或过小，会对哪侧轨道有侧压力？

3、【提示】火车转弯时速度过大会对轨道外侧有压力，速度过小会对轨道内侧有压力1明确圆周平面火车转弯处的铁轨，虽然外轨高于内轨，但整个外轨是等高的，整个内轨是等高的因而火车在行驶的过程中，中心的高度不变，即火车中心的轨迹在同一水平面内故火车的圆周平面是水平面，而不是斜面即火车的向心加速度和向心力均沿水平面指向圆心2受力特点在实际的火车转弯处，外轨高于内轨，火车所受支持力的方向斜向上，其竖直分力可以与重力平衡，其水平分力可以提供向心力，或者说火车所受支持力与重力的合力可以提供向心力3速度与轨道压力的关系(1)若火车转弯时，火车所受支持力与重力的合力充当向心力，则mgtan m，如图574所示，则v0，

4、其中R为弯道半径，为轨道平面与水平面的夹角(tan ，h为内外轨高度差，L为内外轨间距)，v0为转弯处的规定速度此时，内外轨道对火车均无挤压作用；图574(2)若火车行驶速度v0，外轨对轮缘有侧压力；(3)若火车行驶速度v0，内轨对轮缘有侧压力1(多选)铁路转弯处的弯道半径r是根据地形决定的弯道处要求外轨比内轨高，其内外轨高度差h的设计不仅与r有关，还与火车在弯道上的行驶速率v有关下列说法正确的是()Av一定时，r越小则要求h越大Bv一定时，r越大则要求h越大Cr一定时，v越小则要求h越大Dr一定时，v越大则要求h越大【解析】设轨道平面与水平方向的夹角为，由mgtan m，得tan ，又因为t

5、an sin ，所以.可见v一定时，r越大，h越小，故A正确，B错误；当r一定时，v越大，h越大，故C错误，D正确【答案】AD2. (多选)火车在铁轨上转弯可以看做是做匀速圆周运动，火车速度提高易使外轨受损为解决火车高速转弯时使外轨受损这一难题，你认为理论上可行的措施是()图575A减小弯道半径B增大弯道半径C适当减小内外轨道的高度差D适当增加内外轨道的高度差【解析】当火车速度增大时，可适当增大转弯半径或适当增大轨道倾角，以减小外轨所受压力【答案】BD3(多选)公路急转弯处通常是交通事故多发地带如图576所示，某公路急转弯处是一圆弧，当汽车行驶的速率为vc时，汽车恰好没有向公路内外两侧滑动的趋

6、势则在该弯道处() 【导学号：50152043】图576A路面外侧高内侧低 B车速只要低于vc，车辆便会向内侧滑动C车速虽然高于vc，但只要不超出某一最高限度，车辆便不会向外侧滑动D当路面结冰时，与未结冰时相比，vc的值变小【解析】汽车转弯时，恰好没有向公路内外两侧滑动的趋势，说明公路外侧高一些，支持力的水平分力刚好提供向心力，此时汽车不受静摩擦力的作用，与路面是否结冰无关，故选项A正确，选项D错误当vvc时，支持力的水平分力小于所需向心力，汽车有向外侧滑动的趋势，在摩擦力大于最大静摩擦力前不会侧滑，故选项B错误，选项C正确【答案】AC火车转弯问题的两点注意(1)合外力的方向：火车转弯时，火车

7、所受合外力沿水平方向指向圆心，而不是沿轨道斜面向下因为，火车转弯的圆周平面是水平面，不是斜面，所以火车的向心力即合外力应沿水平面指向圆心(2)规定速度的唯一性：火车轨道转弯处的规定速率一旦确定则是唯一的，火车只有按规定的速率转弯，内外轨才不受火车的挤压作用速率过大时，由重力、支持力及外轨对轮缘的挤压力的合力提供向心力；速率过小时，由重力、支持力及内轨对轮缘的挤压力的合力提供向心力拱 形 桥汽车过凸形桥汽车过凹形桥受力分析向心力FnmgFNmFnFNmgm对桥的压力FNmgmFNmgm结论汽车对桥的压力小于汽车的重力，而且汽车速度越大，对桥的压力越小汽车对桥的压力大于汽车的重力，而且汽车速度越大

8、，对桥的压力越大1汽车驶过凸形桥最高点，速度很大时，对桥的压力可能等于零()2汽车过凸形桥或凹形桥时，向心加速度的方向都是向上的()3汽车驶过凹形桥低点时，对桥的压力一定大于重力()公路在通过小型水库泄洪闸的下游时常常要修建凹形桥，也叫“过水路面”，如图577所示，汽车在凹形桥上通过时，汽车的向心力由什么力提供？汽车对桥的压力是否等于重力？图577【提示】汽车的向心力由支持力和重力的合力提供，即FnFNmg，汽车对桥的压力大于重力如图578所示，过山车的质量为m，轨道半径为r，过山车经过轨道最高点时的速度为v.图578探讨1：过山车能通过轨道最高点的临界速度是多少？【提示】临界条件为mg，故临

9、界速度v.探讨2：当过山车通过轨道最高点的速度大于临界速度时，过山车对轨道的压力怎样计算？【提示】根据FNmg，可得FNmg.1汽车过桥问题的分析(1)汽车过凸形桥：汽车在桥上运动，经过最高点时，汽车的重力与桥对汽车支持力的合力提供向心力如图579甲所示图579由牛顿第二定律得：GFNm，则FNGm.汽车对桥的压力与桥对汽车的支持力是一对相互作用力，即FNFNGm，因此，汽车对桥的压力小于重力，而且车速越大，压力越小当0v时，0时，汽车做平抛运动飞离桥面，发生危险(2)汽车过凹形桥如图579乙所示，汽车经过凹形桥面最低点时，受竖直向下的重力和竖直向上的支持力，两个力的合力提供向心力，则FNGm

10、，故FNGm.由牛顿第三定律得：汽车对凹形桥面的压力FNGm，大于汽车的重力2轻绳模型如图5710所示，轻绳系的小球或在轨道内侧运动的小球，在最高点时的临界状态为只受重力，由mgm，得v.图5710在最高点时：(1)v时，拉力或压力为零(2)v时，物体受向下的拉力或压力，并且随速度的增大而增大(3)v时，物体不能达到最高点(实际上球未到最高点就脱离了轨道)即绳类模型中小球在最高点的临界速度为v临.3轻杆模型如图5711所示，在细轻杆上固定的小球或在管形轨道内运动的小球，由于杆和管能对小球产生向上的支持力，所以小球能在竖直平面内做圆周运动的条件是在最高点的速度大于或等于零，小球的受力情况为：图5

11、711(1)v0时， 小球受向上的支持力Nmg.(2)0v时，小球受向下的拉力或压力，并且随速度的增大而增大即杆类模型中小球在最高点的临界速度为v临0.4俗话说，养兵千日，用兵一时近年来我国军队进行了多种形式的军事演习如图5712所示，在某次军事演习中，一辆战车以恒定的速度在起伏不平的路面上行进，则战车对路面的压力最大和最小的位置分别是()图5712AA点，B点 BB点，C点CB点，A点 DD点，C点【解析】战车在B点时由FNmgm知FNmgm，则FNmg，故对路面的压力最大，在C和A点时由mgFNm知FNmgm，则FNRA，故FNCFNA，故在A点对路面压力最小，故选C.【答案】C5如图57

12、13所示为模拟过山车的实验装置，小球从左侧的最高点释放后能够通过竖直圆轨道而到达右侧若竖直圆轨道的半径为R，要使小球能顺利通过竖直圆轨道，则小球通过竖直圆轨道的最高点时的角速度最小为() 【导学号：50152044】图5713A. B2C. D.【解析】小球能通过竖直圆轨道的最高点的临界状态为重力提供向心力，即mgm2R，解得，选项C正确【答案】C6长度为0.5 m的轻杆OA绕O点在竖直平面内做圆周运动，A端连着一个质量m2 kg的小球求在下述的两种情况下，通过最高点时小球对杆的作用力的大小和方向(g取10 m/s2)(1)杆做匀速圆周运动的转速为2.0 r/s；(2)杆做匀速圆周运动的转速为

13、0.5 r/s.【解析】小球在最高点的受力如图所示：(1)杆的转速为2.0 r/s时，2n4 rad/s由牛顿第二定律得FmgmL2故小球所受杆的作用力FmL2mg2(0.542210)N138 N即杆对小球提供了138 N的拉力由牛顿第三定律知小球对杆的拉力大小为138 N，方向竖直向上(2)杆的转速为0.5 r/s时，2n rad/s同理可得小球所受杆的作用力FmL2mg2(0.5210)N10 N.力F为负值表示它的方向与受力分析中所假设的方向相反，故小球对杆的压力大小为10 N，方向竖直向下【答案】(1)小球对杆的拉力为138 N，方向竖直向上(2)小球对杆的压力为10 N，方向竖直向

14、下竖直平面内圆周运动的分析方法1明确运动的模型，是轻绳模型还是轻杆模型2明确物体的临界状态，即在最高点时物体具有最小速度时的受力特点3分析物体在最高点及最低点的受力情况，根据牛顿第二定律列式求解航 天 器 中 的 失 重 现 象 和 离 心 运 动1航天器在近地轨道的运动(1)对航天器，在近地轨道可认为地球的万有引力等于其重力，重力充当向心力，满足的关系为Mg.(2)对航天员，由重力和座椅的支持力提供向心力，满足的关系为mgFN，由以上两式可得FN0，航天员处于完全失重状态，对座椅压力为零(3)航天器内的任何物体之间均没有压力2对失重现象的认识航天器内的任何物体都处于完全失重状态，但并不是物体

15、不受地球引力正因为受到地球引力的作用，才使航天器连同其中的乘员做匀速圆周运动3离心运动(1)定义：物体沿切线飞出或做逐渐远离圆心的运动(2)原因：向心力突然消失或外力不足以提供所需向心力1绕地球做匀速圆周运动的航天器中的宇航员及所有物体均处于完全失重状态()2航天器中处于完全失重状态的物体不受重力作用()3做离心运动的物体沿半径方向远离圆心()4做圆周运动的物体只有突然失去向心力时才做离心运动()1宇航员在围绕地球做匀速圆周运动的空间站中处于完全失重状态，是不是宇航员在空间站中不受重力作用？【提示】不是宇航员所受重力恰好提供其绕地球运行的向心力2.雨天，当你旋转自己的雨伞时，会发现水滴沿着伞的

16、边缘切线飞出(如图5714所示)，你能说出其中的原因吗？图5714【提示】旋转雨伞时，雨滴也随着运动起来，但伞面上的雨滴受到的力不足以提供其做圆周运动的向心力，雨滴由于惯性要保持其原来的速度方向而沿切线方向飞出链球比赛中，高速旋转的链球被放手后会飞出汽车 高速转弯时，若摩擦力不足，汽车会滑出路面图5715探讨1：链球飞出、汽车滑出路面的原因是因为受到了离心力吗？【提示】链球飞出、汽车滑出路面的原因是物体惯性的表现，不是因为受到了什么离心力，离心力是不存在的探讨2：物体做离心运动的条件是什么？【提示】物体做离心运动的条件是：做圆周运动的物体，提供向心力的外力突然消失或者外力不能提供足够大的向心力

17、1离心运动的实质离心现象的本质是物体惯性的表现做圆周运动的物体，由于惯性，总是有沿着圆周切线飞出去的趋向，之所以没有飞出去，是因为受到向心力的作用从某种意义上说，向心力的作用是不断地把物体从圆周运动的切向方向拉回到圆周上来2离心运动的条件做圆周运动的物体，提供向心力的外力突然消失或者合外力不能提供足够大的向心力3离心运动、近心运动的判断如图5716所示，物体做圆周运动是离心运动还是近心运动，由实际提供的向心力Fn与所需向心力的大小关系决定图5716(1)若Fnmr2(或m)即“提供”满足“需要”，物体做圆周运动(2)若Fnmr2(或m)即“提供”大于“需要”，物体做半径变小的近心运动(3)若F

18、nmr2(或m)即“提供”不足，物体做离心运动7. (多选)2013年6月11日至26日，“ 神舟十号” 飞船圆满完成了太空之行，期间还成功进行了人类历史上第二次太空授课，女航天员王亚平做了大量失重状态下的精美物理实验如图5717所示为处于完全失重状态下的水珠，下列说法正确的是() 【导学号：50152045】图5717A水珠仍受重力的作用B水珠受力平衡C水珠所受重力等于所需的向心力D水珠不受重力的作用【解析】做匀速圆周运动的空间站中的物体，所受重力全部提供其做圆周运动的向心力，处于完全失重状态，并非不受重力作用，A、C正确，B、D错误【答案】AC8.如图5718所示，光滑的水平面上，小球m在

19、拉力F作用下做匀速圆周运动，若小球到达P点时F突然发生变化，下列关于小球运动的说法正确的是 ()图5718AF突然消失，小球将沿轨迹Pa做离心运动BF突然变小，小球将沿轨迹Pa做离心运动CF突然变大，小球将沿轨迹Pb做离心运动DF突然变小，小球将沿轨迹Pc逐渐靠近圆心【解析】若F突然消失，小球所受合外力突变为零，将沿切线方向匀速飞出，A正确；若F突然变小不足以提供所需向心力，小球将做逐渐远离圆心的离心运动，B、D错误；若F突然变大，超过了所需向心力，小球将做逐渐靠近圆心的运动，C错误【答案】A9.如图5719所示是摩托车比赛转弯时的情形转弯处路面常是外高内低，摩托车转弯有一个最大安全速度，若超

20、过此速度，摩托车将发生滑动对于摩托车滑动的问题，下列论述正确的是()图5719A摩托车一直受到沿半径方向向外的离心力作用B摩托车所受外力的合力小于所需的向心力C摩托车将沿其线速度的方向沿直线滑去D摩托车将沿其半径方向沿直线滑去【解析】摩托车只受重力、地面支持力和地面的摩擦力作用，没有离心力，选项A错误；摩托车正常转弯时可看作是做匀速圆周运动，所受的合力等于向心力，如果向外滑动，说明提供的向心力即合力小于需要的向心力，选项B正确；摩托车将沿曲线做离心运动，选项C、D错误【答案】B分析离心运动需注意的问题1物体做离心运动时并不存在“离心力”，“离心力”的说法是因为有的同学把惯性当成了力2离心运动并

21、不是沿半径方向向外远离圆心的运动3摩托车或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，做离心运动高中物理考试答题技巧及注意事项在考场上，时间就是我们致胜的法宝，与其犹犹豫豫不知如何落笔，倒不如多学习答题技巧。那么，高中物理考试答题技巧及注意事项有哪些呢？下面和小编一起来看看吧！高中物理考试答题技巧选择题的答题技巧解答选择题时，要注意以下几个问题：（1）注意题干要求，让你选择的是“不正确的”、“可能的”还是“一定的”。（2）相信第一判断：只有当你发现第一次判断肯定错了，另一个百分之百是正确答案时，才能做出改动，而当你拿不定主意时千万不要改。特别是对中等程度及偏下的同学尤

22、为重要。切记：每年高考选择题错误率高的不是难题，而是开头三个简单题。不要再最简单的地方，轻敌栽坑！实验题的做题技巧（1）实验题一般采用填空题或作图题的形式出现。填空题：数值、单位、方向或正负号都应填全面；作图题：对函数图像应注明纵、横轴表示的物理量、单位、标度及坐标原点。对电学实物图，则电表量程、正负极性，电流表内、外接法，变阻器接法，滑动触头位置都应考虑周全。对光路图不能漏箭头，要正确使用虚、实线，各种仪器、仪表的读数一定要注意有效数字和单位；实物连接图一定要先画出电路图（仪器位置要对应）；各种作图及连线要先用铅笔（有利于修改），最后用黑色签字笔涂黑。切记：游标卡尺、螺旋测微器、多用电表的读

23、数历来都是考察的重点。切记：选择题有8-10分是送你的，但你可能拿不到（单位、有效数字、小数点后保留几位、坐标原点等）。（2）常规实验题：主要考查课本实验，几年来考查比较多的是试验器材、原理、步骤、读数、注意问题、数据处理和误差分析，解答常规实验题时，这种题目考得比较细，要在细、实、全上下足功夫。（3）设计型实验重在考查实验的原理。要求同学们能审清题意，明确实验目的，应用迁移能力，联想相关实验原理。在设计电学实验时，要把安全性【所谓的安全不是对人来说，而是对仪器来说的】放在第一位，同时还要尽可能减小实验的误差【误差从偶然和系统两个方面考虑，系统免不了，偶然可减小】，避免出现大量程测量小数值的情

24、况。计算题的答题技巧（1）仔细审题，明确题意。每一道计算题，首先要认真读题，弄清题意。审题是对题目中的信息进行搜索、提取、加工的过程。在审题中，要特别重视题中的关键词和数据，如静止、匀速、 最大速度、一定、可能、刚好等。一个较为复杂的运动过程要分解成几个不同的阶段。否则，一旦做题方向偏了，只能是白忙一场。（2）敢于做题，贴近规律。解题就是建立起与未知数数量相等的方程个数，怎样建立方程呢？方程蕴含在物理过程中以及整个过程的各个阶段中，存在于状态或状态变化之中；隐藏在约束关系之中。应由题目中的物理现象及过程所对应的或贴近的物理规律，建立主体关系式。（3）敢于解题，深于研究。遇到设问多、信息多、过程

25、复杂的题目，在审题过程中，若明确了某一阶段的情景，并列出了方程。要敢于先把结果解出来，这对完全理顺题意起着至关重要的作用。很多情况下第二阶段的情景要由第一阶段的结果来判定，所以第一阶段的结果成为打通障碍的重要武器。（4）答题要规范，得分有技巧简洁文字说明与方程式相结合尽量用常规方法，使用通用符号分步列式，不要用综合或连等式对复杂的数值计算题，最后结果要先解出符号表达，再代入数值进行计算。高中物理考试注意事项高三学习成绩不好怎么办？看高考蝶变掌握逆袭方法。淘宝搜索高考蝶变购买！1.计算大题绝对不能空着即便你做不上来，也要写该部分对应课本中的基本物理公式。需要注意的是，必须带入题中的符号。比如说题

26、目中电荷量是e，你在答题纸上写q往往就不会给分了。阅卷中我们老师们都严格遵守采点给分原则，也就是说，你写对了几个物理公式（与答案一样），即便没有计算，我们也给对应的分值。这是阅卷的规则，谁都不能改变。2.重视画图解题过程中要受力分析、研究运动轨迹的，一定要画图，养成画图的好习惯。图像画出来虽然有时候是没分的，借助于图像来分析题意很方便。另外，物理题的答案并不是标准的，有的时候你写的与答案不一样，老师们怎么理解呢？看图是一个捷径。答题纸上的内容是给老师看的（是你和阅卷老师的对话），不要给老师们的阅卷制造困难，图一定要画。见到很多学生不画图，也没有个依据，就直接来个物理公式。我的第一感觉就是，莫非

27、是抄别人的？相信判你卷子的老师也是一样的。3.物理试卷中几乎没有多选题四个选项都是对的物理多选题，基本上是不会有四个选项全对的，除非是非常老旧的题（90年代的高考题）。如果你物理成绩很差，我建议你把多选题都当成单选来做，这样更有利于得分，特别是多选题的最后一道题。4.不会的暂时跳过，合理分配考试时间同学们在考场上要注意解题时间的分配，没有思路的题先跳过去。建议多选题的最后一道先跳过，实验题的最后一个空，解答题的最后一问更是要留到最后再做。原因不解释了，大家都知道，不过王尚老师想说的是，真正的在考场上认真去执行的同学还是少数。小编推荐：高考物理答题技巧5.看不懂题意的，联系课本考点物理题联系实际的很多，比如天体联系宇航的，磁场联系粒子加速度器的，等等。这些应用问题很难理解，一个诀窍就是联系课本的考点。高中物理wuli.in题万变不离其宗，考点还是源于课本。在考场上监考的时候王尚老师就发现很多同学在那里天马行空般的思考，完全脱离了课本，这样怎么能做出来呢？6.联系课堂上老师讲过的典型题和上面的建议类似，遇到难题，无从下手，就回忆下课堂上老师讲过的一些典型题，总是有类似的地方的。物理题本身就是有规律的，很多思考方法和切入点都是类似的。另外，笔者提醒同学们可以到物理自诊断学习系统中去看我们总结的解题思路，帮助你梳理考点，搞明白定理定律、物理公式的使用。