高中物理必修二第三章第三节《离心现象、生活中的圆周运动》导学案18010.pdf
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1、 1 高中物理必修二第三章第三节导学案 离心现象、生活中的圆周运动1 【教学目标】1.能定性分析火车转弯处外轨比内轨高的原因。2.学会应用所学知识分析处理汽车过拱桥最高点和凹形桥最低点的问题。3.进一步体会应用牛顿运动定律处理圆周运动问题的基本思路和方法。探究一:火车转弯和汽车转弯的问题 问题 1:如图,火车在拐弯处的外轨略高于内轨,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,设火车转弯的规定速度为 v0时,内外轨道对轮缘没有侧压力。求:火车转弯时的规定速度 v0多大?一、火车转弯 火车在平直轨道上匀速行驶时,所受的合力等于0,那么当火车转弯时,我们说它做圆周运动,那么
2、是什么力提供火车的向心力呢?是由轮缘和外轨的挤压产生的外轨对轮缘的弹力提供向心力,由于火车质量很大,故轮缘和外轨间的相互作用力很大,易损害铁轨。所以,实际的弯道处的情况,如图:a.外轨 内轨。b.此时火车的支持力FN的方向不再是竖直的,而是斜向弯道的内侧。c.此时 的合力提供火车转弯所需的向心力。d.转弯处要选择内外轨适当的高度差,使转弯时所需的向心力完全由 来提供,这样外轨就不受轮缘的挤压了。探究二:汽车过桥问题 问题 2:一辆质量 m=2.0t 的小轿车,驶过半径 R=90m 的一段凸形圆弧形桥面,重力加速度 g=10ms2。求:(1)汽车以 l0ms 的速度通过桥面最高点时,对桥面压力是
3、多大?(2)汽车以多大速度通过凸形桥面顶点时,对桥面刚好没有压力?2 问题 3:一辆质量 m=2.0t 的小轿车,驶过半径 R=90m 的一段凹形圆弧形桥面。求:汽车以 l0ms 的速度通过桥面最高点时,对桥面压力是多大?(g=10ms2)二、汽车过桥问题 拱形桥 如图,若汽车在拱桥上以速度 v 前进,桥面的圆弧半径为 R,求汽车过桥的最高点时对桥面的压力?解析:第一步:请在右图上对车受力分析(竖直方向)第二步:列方程 第三步:求支持力 FN 第四步:由牛顿第三定律求压力NF 当汽车以相同的速率分别行驶在凸形桥的最高点和凹形桥的最低点时,汽车对桥的压力的区别 内容 项目 凸形桥 凹形桥 受力分
4、析图 以 a 方向为 正方向,根据 牛顿第二定 律列方程 mgFN1mv2r FN1mgmv2r FN2mgmv2r FN2mgmv2r 牛顿第三定律 FN1FN1 mgmv2r FN2FN2 mgmv2r 讨论 v 增大,FN1减小;当 v增大到 gr时,FN10 v 增大,FN2增大,只要v0,FN1 时,物体做半径变小的近心运动,即“提供过度”,也就是“提供”大于“需要”。若 F合 时,则外力不足以将物体拉回到原轨道上而做离心运动,即“提供不足”,也就是“提供”小于“需要”。若 F合=,则物体沿切线方向做直线运动。(5)在生活中离心运动的应用有哪些?(至少3 个例子)(6)在生活中离心运
5、动的危害有哪些?怎样防止?(至少2 个例子)一、活动与探究 1 地球可以看做一个巨大的拱形桥,桥面的半径就是地球半径(R 约为 6 400 km)。如图所示,地面上有一辆汽车,其重力 Gmg,地面对它的支持力是 FN。汽车沿南北方向行驶,不断加速。试分析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?这时驾驶员与坐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?驾驶员此时可能有什么感觉?2讨论并思考当提供的外力 F 大于、等于、小于物体做圆周运动所需要的向心力时,物体做什么样的运动?5 例 1、如图所示,光滑水平面上,小球 m 在拉力 F 作用下做匀速圆周运动。若小球运动
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