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

6、到 P 点时，拉力 F 发生变化，关于小球运动情况的说法正确的是（）A若拉力突然消失，小球将沿轨迹Pa 做离心运动 B若拉力突然变小，小球将沿轨迹 Pa 做离心运动 C若拉力突然变大，小球将沿轨迹 Pb 做离心运动 D若拉力突然变小，小球将沿轨迹 Pc 做近心运动 二、竖直平面内的圆周运动 “绳模型”和“杆模型”模型 1小球在绳子牵引力作用下在竖直平面内做圆周运动，我们把这叫做圆周运动的“绳模型”，在“绳模型”中，小球经过最高点时最小速度等于多少？此时小球受力有何特点？（绳长为l，重力加速度等于g）模型 2小球在硬杆约束下在竖直平面内做圆周运动，我们把这叫做圆周运动的“杆模型”，在“杆模型”中

7、，探究在轨道的最高点硬杆对小球的作用力情况。应用 绳系着装水的桶，在竖直平面内做圆周运动，水的质量m0.5 kg，绳长 L60 cm，g 取 10 m/s2。求：（1）最高点水不流出的最小速率。（2）水在最高点的速率 v4 m/s 时，水对桶底的压力。6 生活中的圆周运动达标过关（多选）1.在水平铁路转弯处，往往使外轨略高于内轨，这是为了（）A.减轻火车轮子挤压外轨 B.减轻火车轮子挤压内轨 C.使火车车身倾斜，利用重力和支持力的合力提供转弯所需向心力 D.限制火车向外脱轨 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43，要使汽车通过桥顶时对桥面没有压力，车速至少为（

8、）A15 m/s B20 m/s C25 m/s D30 m/s 3 如图所示，在光滑的轨道上，小球经过圆弧部分的最高点A时，恰好不脱离轨道，此时小球受到的作用力是()A重力、弹力和向心力 B重力和弹力 C重力和向心力 D重力 （多选）4、如图 687 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 5、飞行员的质量为 m，驾驶飞机在竖直平面内以速度 v 做匀

9、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 7 知识达标过关 1在世界一级方程式锦标赛中，赛车在水平路面上转弯时，常常在弯道上冲出跑道，其原因是()A是由于赛车行驶到弯道时，运动员未能及时转动方向盘造成的 B是由于赛车行驶到弯道时，没有及时加速造成的 C是由于赛车行驶到弯道时，没有及时减速造成的 D是由于在弯道处汽车受到的摩擦力比在直道上小造成的 2下列有关洗衣机中脱水筒的脱水原理的说法正确的是()A水滴受离心力作用而背离圆心方向甩出 B水滴受到向心力，由于惯性沿

10、切线方向甩出 C水滴受到的离心力大于它受到的向心力，而沿切线方向甩出 D水滴与衣服间的附着力小于它所需要的向心力，于是水滴沿切线方向甩出（多选）3 在人们经常见到的以下现象中，属于离心现象的是()A舞蹈演员在表演旋转动作时，裙子会张开 B在雨中转动一下伞柄，伞面上的雨水会很快地沿伞面运动，到达边缘后雨水将沿切线方向飞出 C满载黄沙或石子的卡车，在急转弯时，部分黄沙或石子会被甩出 D守门员把足球踢出后，球在空中沿着弧线运动 4 杂技演员表演“水流星”，在长为 1.6 m 的细绳的一端，系一个与水的总质量为m0.5 kg 的盛水容器，以绳的另一端为圆心，在竖直平面内做圆周运动，如图所示，若“水流星”通过最高点时的速率为 4 m/s，则下列说法正确的是(g10 m/s2)()A“水流星”通过最高点时，有水从容器中流出 B“水流星”通过最高点时，绳的张力及容器底部受到的压力均为零 C“水流星”通过最高点时，处于完全失重状态，不受力的作用 D“水流星”通过最高点时，绳子的拉力大小为 5 N（多选）5、如图所示，用长为 L 的细绳拴着质量为 m 的小物块在竖直平面内做圆周运动，正确的说法是（）A小物块在圆周最高点时所受的向心力一定为重力 B小物块在最高点时绳子的拉力有可能为零 C若小物块刚好能在竖直平面内做圆周运动，则其在最高点的速率为零 D小物块经过最低点时绳子的拉力一定大于小球重力