物理2-第五章-生活中的圆周运动-学案.docxVIP

学案7　生活中的圆周运动【目标引领】1.能定性分析铁路弯道处外轨比内轨高的原因，能定量分析汽车过拱形桥最高点和凹形桥最低点时对桥的压力.2.了解航天器中的失重现象及其原因.3.知道离心运动及其产生的条件，了解离心运动的应用和防止．【自主探究】一、铁路的弯道火车转弯时的运动是圆周运动，分析火车的运动回答下列问题：(1)如果轨道是水平的，火车转弯时受到哪些力的作用？需要的向心力由谁来提供？(2)(1)中获得向心力的方法好不好？为什么？若不好，如何改进？(3)轨道平面与水平面之间的夹角为α，转弯半径为R时，火车行驶速度多大轨道才不受挤压？二、拱形桥1．质量为m的汽车在拱形桥上以速度v行驶，若桥面的圆弧半径为R，试画出汽车受力分析图，并求出汽车通过桥的最高点时对桥的压力．汽车的重力与汽车对桥的压力谁大？2．当汽车通过凹形桥最低点时，汽车对桥的压力比汽车的重力大还是小呢？请同学们自己分析．三、航天器中的失重现象1．航天员在太空舱处于完全失重状态，他们是不受重力作用了吗？2．做离心运动的物体是否受到离心力的作用？四、离心运动1．离心运动：做圆周运动的物体，在合力或者的情况下，就会做远离圆心的运动，这种运动叫做离心运动．2．离心运动的应用和防止(1)应用：离心干燥器；洗衣机的；离心制管技术．(2)防止：汽车在公路转弯处必须；转动的砂轮、飞轮的转速不能太高.【精讲点拨】一、铁路的弯道1．向心力来源：在铁路的弯道处，内、外铁轨有高度差，火车在此处依据规定的速度行驶，转弯时，向心力几乎完全由重力G和支持力FN的合力提供，即F＝mgtan_α.2．规定速度：若火车转弯时，火车轮缘不受轨道压力，则mgtan α＝，故v0＝，其中R为弯道半径，α为轨道所在平面与水平面的夹角，v0为弯道规定的速度．例1铁路在弯道处的内、外轨道高度是不同的，已知内、外轨道平面与水平面的夹角为θ，如图所示，弯道处的圆弧半径为R，若质量为m的火车转弯时速度等于，则(　　)A．内轨对内侧车轮轮缘有挤压B．外轨对外侧车轮轮缘有挤压C．这时铁轨对火车的支持力等于D．这时铁轨对火车的支持力大于二、拱形桥1．汽车过拱形桥汽车在最高点满足关系：mg－FN＝m，即FN＝mg－m.(1)当v＝时，FN＝0.(2)当0≤v时，0FN≤mg.(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最低点满足关系：FN－mg＝，即FN＝mg＋.由此可知，汽车对桥面的压力大于其自身重力，故凹形桥易被压垮，因而实际中拱形桥多于凹形桥．例2　一辆质量m＝2 t的轿车，驶过半径R＝90 m的一段凸形桥面，g＝10 m/s2，求：(1)轿车以10 m/s的速度通过桥面最高点时，对桥面的压力是多大？(2)在最高点对桥面的压力等于轿车重力的一半时，车的速度大小是多少？三、航天器中的失重现象和离心运动1．航天器中的失重现象(1)质量为M的航天器在近地轨道运行时，航天器的重力提供向心力，满足关系：Mg＝M，则v＝.(2)质量为m的航天员：航天员的重力和座舱对航天员的支持力提供向心力，满足关系：mg－FN＝.当v＝ 时，FN＝0，即航天员处于完全失重状态．(3)航天器内的任何物体都处于完全失重状态．2．离心运动(1)离心运动的原因：合力突然消失或不足以提供所需的向心力，不是物体受到“离心力”．(2)合力与向心力的关系对圆周运动的影响三、竖直面内的“绳杆模型”问题例3　如图所示，在内壁光滑的平底试管内放一个质量为1 g的小球，试管的开口端与水平轴O连接．试管底与O相距5 cm，试管在转轴带动下在竖直平面内做匀速圆周运动．求：(1)转轴的角速度达到多大时，试管底所受压力的最大值等于最小值的3倍？(2)转轴的角速度满足什么条件时，会出现小球与试管底脱离接触的情况？(g取10 m/s2)【巩固训练】1．如图所示，细杆的一端与小球相连，可绕过O点的水平轴自由转动，细杆长0.5 m，小球质量为3 kg，现给小球一初速度使它做圆周运动，若小球通过轨道最低点a的速度为va＝4 m/s，通过轨道最高点b的速度为vb＝2 m/s，取g＝10 m/s2，则小球通过最低点和最高点时对细杆作用力的情况是(　　)A．在a处为拉力，方向竖直向下，大小为126 NB．在a处为压力，方向竖直向上，大小为126 NC．在b处为拉力，方向竖直向上，大小为6 ND．在b处为压力，方向竖直向下，大小为6 N2．2013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．关于失重状态，下列说法正确的是(　　)A．航天员仍受重力的作用B．航天员受力平衡C．航天员所受重力等于所需的向心力D．航天员不受重力的作用3．如图所示，光滑水平面上，质量为m的小球在