【中學(xué)教材全解】2020-2021學(xué)年人教版高中物理必修2課時(shí)學(xué)案-第五章-第7節(jié)-生活中的圓周運(yùn)動(dòng)

第7節(jié)生活中的圓周運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解生活中常見的圓周運(yùn)動(dòng)，會(huì)分析常見圓周運(yùn)動(dòng)向心力的來源。2.知道離心運(yùn)動(dòng)及其產(chǎn)生的緣由，知道離心現(xiàn)象的一些應(yīng)用和可能帶來的危害。3.進(jìn)一步理解向心力的概念，明確勻速圓周運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)生條件，把握向心力公式的應(yīng)用。自主學(xué)習(xí)1.火車轉(zhuǎn)彎(1)內(nèi)外軌高度相同時(shí)，轉(zhuǎn)彎所需的向心力由力供應(yīng)。(2)外軌高度高于內(nèi)軌，火車按設(shè)計(jì)速度行駛時(shí)，火車轉(zhuǎn)彎所需的向心力由供應(yīng)。火車實(shí)際行駛速度大于設(shè)計(jì)速度時(shí)，其轉(zhuǎn)彎所需的向心力由力供應(yīng)。(3)若兩軌間距為QUOTE，外軌比內(nèi)軌高QUOTE，軌道轉(zhuǎn)彎半徑為QUOTE，則此處軌道的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)彎速度為。2.汽車過拱橋問題爭(zhēng)辯（1）汽車通過拱橋頂端時(shí)，向心力由供應(yīng)。（2）汽車通過拱橋頂端時(shí)，向心加速度方向，所以汽車處于(選填“超重”或“失重”)狀態(tài)，車對(duì)橋的壓力車的重力。（3）若汽車質(zhì)量為QUOTE,橋面半徑為QUOTE，當(dāng)車行駛的速度為QUOTE時(shí)，汽車對(duì)凸形橋面壓力為。3.航天器中的失重現(xiàn)象：在圍繞地球運(yùn)動(dòng)的航天器中，由于物體所受的重力完全供應(yīng)，物體處于完全狀態(tài)。4.離心運(yùn)動(dòng)（1）離心運(yùn)動(dòng)的定義：。（2）離心運(yùn)動(dòng)的條件：。自我檢測(cè)圖5-7-11.（多選）如圖5-7-1所示，汽車以確定的速度經(jīng)過一個(gè)圓弧形橋面的頂點(diǎn)時(shí)，關(guān)于汽車的受力及汽車對(duì)橋面的壓力狀況，以下說法正確的是（）圖5-7-1A.在豎直方向汽車受到三個(gè)力：重力、橋面的支持力和向心力B.在豎直方向汽車只受兩個(gè)力：重力和橋面的支持力C.汽車對(duì)橋面的壓力小于汽車的重力D.汽車對(duì)橋面的壓力大于汽車的重力2.（單選）鐵路在轉(zhuǎn)彎處外軌略高于內(nèi)軌的緣由是（）①減輕輪緣對(duì)外軌的擠壓②減輕輪緣對(duì)內(nèi)軌的擠壓③火車按規(guī)定的速度轉(zhuǎn)彎，外軌就不受輪緣的擠壓④火車無(wú)論以多大速度轉(zhuǎn)彎，內(nèi)外軌都不受輪緣擠壓A．①③ B．①④ C．②③ D．②④3.（單選）在下列狀況中，汽車對(duì)凸形橋頂部的壓力最小的是()A．以較小的速度駛過半徑較大的橋B．以較小的速度駛過半徑較小的橋C．以較大的速度駛過半徑較大的橋D．以較大的速度駛過半徑較小的橋課內(nèi)探究一、鐵路的彎道1.探究火車轉(zhuǎn)彎時(shí)的向心力圖5-7-2（1）若火車在水平面上轉(zhuǎn)彎，其受力有何特點(diǎn)？該特點(diǎn)會(huì)導(dǎo)致怎樣的后果？應(yīng)當(dāng)如何解決這一問題？圖5-7-2（2）火車在傾斜軌道上轉(zhuǎn)彎時(shí)，其做圓周運(yùn)動(dòng)的軌道平面在水平面上還是在傾斜面上？其圓心在何處？圖5-7-32.探究輪緣壓力與火車速度的關(guān)系圖5-7-3如圖5-7-3所示，若兩軌間距為QUOTE，外軌比內(nèi)軌高QUOTE，軌道轉(zhuǎn)彎半徑為QUOTE，則此處軌道的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)彎速度為多少？若火車速度與設(shè)計(jì)速度不相等會(huì)怎樣？（1）若火車速度QUOTE,車輪對(duì)側(cè)軌道產(chǎn)生側(cè)壓力。（2）若火車速度QUOTE,車輪對(duì)側(cè)軌道產(chǎn)生側(cè)壓力。例1火車以半徑QUOTE=900m轉(zhuǎn)彎，火車質(zhì)量為QUOTEkg，設(shè)計(jì)通過速度為30m/s，火車軌距QUOTE1.4m，要使火車平安通過彎道，求兩軌高度差QUOTE的大小。（QUOTE較小時(shí)tanQUOTE=sinQUOTE，QUOTE取10QUOTE）3.汽車轉(zhuǎn)彎試分析摩托車、自行車轉(zhuǎn)彎時(shí)向心力的來源？例2汽車以半徑QUOTE=30m在水平路面上轉(zhuǎn)彎，汽車質(zhì)量為QUOTEkg，速度為10m/s。求汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)與水平路面的摩擦力至少多大？二、拱形橋1.凸形橋質(zhì)量為QUOTE的汽車在拱形橋上以速度QUOTE行駛，若橋面的圓弧半徑為QUOTE。試畫出受力分析圖，分析汽車通過橋的最高點(diǎn)時(shí)對(duì)橋的壓力。通過分析，你可以得出什么結(jié)論?拓展探究：請(qǐng)同學(xué)們進(jìn)一步考慮當(dāng)汽車對(duì)橋的壓力剛好減為零時(shí)，汽車的速度多大。當(dāng)汽車的速度大于這個(gè)速度時(shí)，會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象?2.凹形橋汽車通過凹形橋最低點(diǎn)時(shí)，分析汽車對(duì)橋的壓力狀況。仍設(shè)汽車的質(zhì)量為QUOTE，在凹形橋上以速度QUOTE行駛，橋面的圓弧半徑為QUOTE。拓展結(jié)論：汽車質(zhì)量為QUOTE，橋面半徑為QUOTE，速度為QUOTE過拱橋（豎直面內(nèi)圓周運(yùn)動(dòng)）汽車對(duì)橋面的壓力加速度方向超重、失重狀態(tài)最高點(diǎn)QUOTE=最低點(diǎn)QUOTE=留意：若速度過快，汽車在凸形橋的頂端就會(huì)做，汽車做平拋運(yùn)動(dòng)的臨界速度QUOTE。例3一輛質(zhì)量QUOTE2.0t的小轎車，駛過半徑QUOTE90m的一段圓弧形橋面，重力加速度QUOTE取10QUOTE。求：(1)若橋面為凹形，汽車以20m/s的速度通過橋面最低點(diǎn)時(shí)，對(duì)橋面壓力是多大?(2)若橋面為凸形，汽車以10m/s的速度通過橋面最高點(diǎn)時(shí)，對(duì)橋面壓力是多大?(3)汽車以多大速度通過凸形橋面頂點(diǎn)時(shí)，對(duì)橋面剛好沒有壓力？三、航天器中的失重現(xiàn)象假設(shè)宇宙飛船質(zhì)量為QUOTE，它在地球表面四周繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，其軌道半徑近似等于地球半徑QUOTE，航天員質(zhì)量為QUOTE，宇宙飛船和航天員受到的地球引力近似等于他們?cè)诘孛嫔系闹亓?。試求座艙?duì)航天員的支持力。此時(shí)飛船的速度多大?通過求解，你可以得出什么結(jié)論?例4（單選）在下面所介紹的各種狀況中，哪種狀況將毀滅超重現(xiàn)象（）①蕩秋千經(jīng)過最低點(diǎn)的小孩②汽車過凸形橋③汽車過凹形橋④在繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的飛船中的儀器A.①② B.①③ C.①④ D.③④四、離心運(yùn)動(dòng)1.做圓周運(yùn)動(dòng)的物體一旦失去向心力的作用，它會(huì)怎樣運(yùn)動(dòng)呢?假如物體受的合力不足以供應(yīng)向心力，它會(huì)怎樣運(yùn)動(dòng)呢?發(fā)表你的見解并說明緣由。離心運(yùn)動(dòng)：。2.假如物體在做圓周運(yùn)動(dòng)的過程中受的合力突然變大，它會(huì)怎樣運(yùn)動(dòng)呢?物體做近心、圓周、離心運(yùn)動(dòng)的條件圖5-7-4圖5-7-43.請(qǐng)同學(xué)們結(jié)合生活實(shí)際，舉出物體做離心運(yùn)動(dòng)的例子。在這些例子中，離心運(yùn)動(dòng)是有益的還是有害的?你能說出這些例子中離心運(yùn)動(dòng)是怎樣發(fā)生的嗎?下面為幾種常見的離心運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目試驗(yàn)圖原理圖現(xiàn)象及結(jié)論洗衣機(jī)脫水筒汽車在水平路面上轉(zhuǎn)彎用離心機(jī)把體溫計(jì)的水銀甩回玻璃泡中例5雜技演員在做水流星表演時(shí)，用繩系著裝有水的水桶，在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)，若水的質(zhì)量QUOTE＝0.5kg，繩長(zhǎng)QUOTE60cm，求：(1)最高點(diǎn)水不流出的最小速率；(2)水在最高點(diǎn)速率QUOTE＝3m/s時(shí)，水對(duì)桶底的壓力。圖5-7-5例6如圖5-7-5所示，細(xì)繩一端系著一個(gè)質(zhì)量為QUOTE=0.5kg的物體，靜止在水平面上；另一端通過光滑的小孔吊著質(zhì)量QUOTE=0.3kg的物體。QUOTE的中點(diǎn)與圓孔的距離為0.2m，并知QUOTE和水平面間的最大靜摩擦力為2N?，F(xiàn)使此平面繞中心軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，問角速度QUOTE在什么范圍內(nèi)QUOTE會(huì)處于靜止?fàn)顟B(tài)？（QUOTE取10QUOTE）圖5-7-5鞏固練習(xí)圖5-7-61.（多選）鐵路在彎道處的內(nèi)外軌道凹凸是不同的，已知內(nèi)外軌道對(duì)水平面傾角為QUOTE，如圖5-7-6所示，彎道處的圓弧半徑為QUOTE，若質(zhì)量為QUOTE的火車轉(zhuǎn)彎時(shí)速度小于QUOTE，則（）圖5-7-6A.內(nèi)軌對(duì)內(nèi)側(cè)車輪輪緣有擠壓B.外軌對(duì)外側(cè)車輪輪緣有擠壓C.這時(shí)鐵軌對(duì)火車的支持力等于QUOTED.這時(shí)鐵軌對(duì)火車的支持力不等于QUOTE2.（單選）汽車在半徑為QUOTE的水平彎道上轉(zhuǎn)彎，假如汽車與地面的動(dòng)摩擦因數(shù)為QU