黑龙江省齐齐哈尔市高中物理 第五章 曲线运动 5.7 生活中的圆周运动

黑龙江省齐齐哈尔市高中物理 第五章 曲线运动 5.7 生活中的圆周运动

‎5.7　生活中的圆周运动 ‎ 学习 目标 ‎1.会分析火车转弯处、汽车过拱桥时向心力的，能解决生活中的圆周运动问题.‎ ‎2.了解航天器中的失重现象及原因.‎ ‎3.了解离心运动及物体做离心运动的条件，知道离心运动的应用及危害．‎ 学习 疑问 学习 建议 ‎【预学能掌握的内容】‎ ‎1.火车转弯 ‎（1）若内、外轨一样高，火车做圆周运动的向心力是由_______________提供的，由于火车质量太大，靠这种方法得到向心力，极易使__________________受损。‎ ‎（2）外轨高度高于内轨，火车按设计速度行驶时，火车转弯所需的向心力由________ ___提供，这就减轻了轮缘与外轨的挤压。‎ ‎2.汽车在拱形桥上行驶到最高点时的向心力是由___________________提供的，方向___________，此时汽车对桥的压力FN′_________G（填“>”、“＝”、“<”），汽车行驶到最高点的速度越大FN′就越_________。‎ ‎3.汽车在凹形桥上行驶通过桥最低点的向心力是由_____ __________提供的，方向__________，此时汽车对桥的压力FN′_________G（填“>”、“＝”、“<”），速度越大，压力越 。‎ ‎4.航天员随宇宙飞船绕地球作匀速圆周运动时，向心力是________________________提供的；当飞船的飞行速度v＝_____________时，航天员对座舱的压力FN′＝0，此时航天员处于________状态。‎ ‎【合作探究一】火车转弯 问题1：如果内、外轨是等高的，那么火车转弯时是如何获得向心力的?‎ ‎ 问题2．高速行驶的火车的轮缘与铁轨挤压，后果会怎样?‎ 问题3．那么应该如何解决这一实际问题？结合学过的知识加以讨论，提出可行的解决方案，并画出受力图，加以定性说明。‎ 问题4．火车转弯时的转弯半径为R，弯道的倾斜角度为α，火车转弯时的速度v0为多大时，才不至于对内、外轨道产生挤压? （提示：（1）确定火车作圆周运动的轨道平面，并找出圆心；（2）画出火车的受力分析图，并求出规定的速度。）‎ 问题5．讨论当火车行驶速度大于或小于规定的行驶速度时，向心力的来源情况。‎ 问题6.思考汽车在水平路面上转弯时是怎样获得向心力的？在高速公路的转弯处转弯时，汽车转弯的向心力由什么力提供？‎ ‎【归纳总结】‎ ‎1.当v＝v0时，所需向心力仅由重力和弹力的合力提供，此时内外轨道对火车均无挤压作用．‎ ‎2.当v>v0时，外轨道对轮缘有侧压力．‎ ‎3.当v时，汽车将脱离桥面做平抛运动，发生危险．‎ ‎2．汽车过凹形桥：汽车在凹形桥最低点时，满足关系： ＝，即FN＝ ，汽车对桥的压力FN′＝FN＝________________，故汽车在凹形桥上运动时，对桥的压力___ 汽车的重力，速度越大，压力越 ，故凹形桥易被压垮，因而实际中拱形桥多于凹形桥．‎ ‎【典题探究】‎ 例题2：(多选) 如图所示，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 例题3：如图所示，质量m＝2.0×‎104 kg的汽车以不变的速率先后驶过凹形桥面和凸形桥面，两桥面的圆弧半径均为‎20 m．如果桥面受到的压力不得超过3.0×105 N，则：‎ ‎(1)汽车允许的最大速度是多少？‎ ‎(2)若以所求速度行驶，汽车对桥面的最小压力是多少？(g取‎10 m/s2)‎ ‎【合作探究三】航天器中的失重现象 问题1：近地做匀速圆周运动的航天器，它的向心力由谁提供？ 关系式为？‎ 问题2．绕地球做匀速圆周运动的宇宙飞船中航天员的向心力由谁提供？关系式为？‎ ‎【归纳总结】‎ ‎1.对于航天器， 充当向心力，满足的关系为 ，航天器的速度v＝ .‎ ‎2.对于航天员，由 和 提供向心力，满足的关系为 当v＝时，座舱对宇航员的支持力FN＝ ，宇航员处于 状态．‎ ‎3.航天器内的任何物体都处于 状态，但并不是物体不受重力，‎ 重力提供 ．‎ ‎【合作探究四】离心运动 问题1：什么是离心运动？‎ 问题2：物体做离心运动的条件 问题3：合力与向心力的关系对圆周运动的影响如何？‎ ‎【归纳总结】‎ ‎1．合外力与向心力的关系如图所示 ‎(1)若F合＝mrω2，物体做 运动，即“提供”满足“需要”．‎ ‎(2)若F合>mrω2，物体做 运动，即“提供”大于“需要”．‎ ‎(3)若F合

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