2016-2017学年高中物理 第5章 曲线运动新人教版必修2_7

成才之路 物理 路漫漫其修远兮 吾将上下而求索 人教版 必修 2 曲线运动 第五章 第七节 生活中的圆周运动 第五章 学习目标定位1 课堂情景切入2 知识自主梳理3 重点难点突破4 考点题型设计5 课 时 作 业7 易错案例剖析6 学习目标定位 * 了解圆周运动在日常生活中的实际应用 * 会在具体问题中分析向心力的来源 * 掌握处理圆周运动综合题目的基本方法 * 知道什么是离心现象，知道离心运动的应用和防止 课堂情景切入 如下图所示的 “水流星 ”是我国传统的杂技节目，演员们把盛有水的容器用绳子拉住在空中如流星般快速摆动，同 时表演高难度的动作，容器中的水居然一滴也不流下来。 你考虑过没有： (1)“水流星 ”的运动快慢与手中拉力的大小有什么关系？ (2)如果手中的力渐渐减小，将会发生什么现象？当 “水流星 ”转到最高点时，如果突然松手，会发生什么现象？ 知识自主梳理 1火 车 在弯道上的运 动 特点 火车在弯道上运动时做 _运动，因而具有 _加速度，由于其质量巨大，需要很大的 _。 铁 路的弯道 圆周 向心 向心力 2向心力来源 (1)如果转弯处内外轨一样高，则由 _提供向心力，这样铁轨和车轮极 易受损。 (2)实际上，铁路的转弯处外轨略高于内轨，铁轨对火车的支持力不是竖直向上的，而是斜向弯道的 _，铁轨对火车的 _与火车所受 _的合力指向 _，它 提供了火车做圆周运动的向心力。 外轨对轮缘的弹力 内侧 支持力 重力 轨道的圆心 1运 动 特点 汽车过拱形桥时做 _，因而具有 _加速度，需要向心力。 2向心力来源 汽车过拱形桥运动至最高 (低 )点时， _和 _的合力提供汽车需要的向心力。 拱形 桥 圆周运动 向心 重力 支持力 3 动 力学关系 (1)凸形桥 汽车过凸形拱桥的最高点时，汽车受到的重力与桥对汽车支持力的合力 F _提供向心力； 如图所示 所以汽车过凸形拱桥时 FN _ 汽车对桥的压力 FN_汽车的重量 G。 G FN 小于 (2)凹形桥 汽车过凹形桥的最低点时，仍然是桥对汽车的支持力和重力的合力 F _提供向心力，如图 所示。 过凹形桥时， FN _ 汽车对桥的压力 FN_汽车的重量 G。 FN G 大于 航天器中的失重 现 象 mg FN 完全失重 1定 义 ： 物体沿切线飞出或做逐渐 _的运动。 2原因： 向心力突然消失或合外力不足以提供所需的 _。 3 应 用： 洗衣机的 _，制作 _、水泥管道、水泥电线杆 等。 离心运 动 远离圆心 向心力 脱水筒 无缝钢筒 重点难点突破 一、火 车转 弯 问题 1火 车车轮 的特点 火车的车轮有凸出的轮缘，火车在铁轨上运行时，车轮与铁轨有水平与竖直两个接触面，这种结构特点，主要是避 免火车运行时脱轨，如图所示。 2火 车 弯道的特点 弯道处外轨高于内轨，火车在行驶过程中，重心高度不变，即火车的重心轨迹在同一水平面内，火车的向心加速度 和向心力均沿水平面指向圆心。 3火 车转 弯的向心力来源 火车速度合适时，火车只受重力和支持力作用，火车转弯时所需的向心力完全由支持力和重力的合力来提供。如图 所示。 4 轨 道 轮缘压 力与火 车 速度的关系 (1)当火车行驶速率 v等于规定速度 v0时，内、外轨道对轮缘都没有侧压力。 (2)当火车行驶速度 v大于规定速度 v0时，火车有离心运动趋势，故外轨道对轮缘有侧压力。 (3)当火车行驶速度 v小于规定速度 v0时，火车有向心运动趋势，故内轨道对轮缘有侧压力。 特 别 提醒： 汽车、摩托车赛道拐弯处，高速公路转弯处设计成外高内低，也是尽量使车受到的重力和支持力的合力提供向心力 ，以减小车轮与路面之间的横向摩擦力。 答案： BD 解析： 当火 车 速度增大 时 ，可适当增大 转 弯半径或适当 增大 轨 道 倾 角，以减小外 轨 所受 压 力。 二、汽 车过桥问题 关于汽车过桥问题，用图表概括如下： 答案： C 解析： 战车 在 B点 时对 路面的 压 力最大，在 A点 时对 路面 压 力最小，故 选 C。 三、离心运 动 1离心运 动 的 实质 离心运动是物体逐渐远离圆心的运动，它的本质是物体惯性的表现。做圆周运动的物体，总是有沿着圆周切线飞出 去的趋势，之所以没有飞出去，是因为受到向心力作用的缘故。 2物体做离心运 动 的条件 做圆周运动的物体，一旦提供向心力的外力突然消失，或者外力不能提供足够的向心力时，物体做远离圆心的运动 ，即离心运动。 3离心运 动 的受力特点 物体做离心运动并不是物体受到离心力作用，而是由于外力不能提供足够的向心力。所谓 “离心力 ”也是由效果命 名的，实际并不存在。 答案： 内筒高速旋转时，黏稠的糖汁就做离心运动，从内筒壁的小孔飞散出去成为丝状，到达温度较低的外 筒时，迅速冷却凝固，变得纤细雪白，像一团团棉花。 考点题型设计 对 火 车 、汽 车转 弯 问题 的探究 解析： 火 车 在 转 弯 时 所需的向心力在 “临 界 ”状况 时 由火 车 所受的重力和 轨 道 对 火 车 的支持力的合力提供。如 图 所示 ， 图 中 h为 内外 轨 高度差， L为轨 距。 讨论 ： (1)如果 车 速 v 72km/h(20m/s)， F将小于需要的 向心力，所差的力仍需由外 轨对轮缘 的 弹 力来弥 补 。 这样 就 出 现 外 侧车轮 的 轮缘 向外 挤压 外 轨 的 现 象。 (2)如果 车 速 v 72km/h， F将大于需要的向心力。超出的 力 则 由内 轨对 内 侧车轮缘 的 压 力来平衡， 这样 就出 现 了内 侧 车轮 的 轮缘 向外 挤压 内 轨 的 现 象。 点 评 ： 临 界 值 是 圆 周运 动 中 经 常考 查 的一个重点内容， 它是物体在做 圆 周运 动过 程中， 发 生 质变 的数 值 或使物体受 力情况 发 生 变 化的关 键 数 值 ，今后要注意 对临 界 值 的判断和 应 用。 A路面外侧高内侧低 B车速只要低于 vc，车辆便会向内侧滑动 C车速虽然高于 vc，但只要不超出某一最高限度，车辆便不会向外侧滑动 D当路面结冰时，与未结冰时相比， vc的值变小 答案： AC 解析： 抓住 临 界点分析汽 车转 弯的受力特点及不 侧 滑的 原因， 结 合 圆 周运 动规 律可判断。 汽 车转 弯 时 ，恰好没有向公路内外两 侧 滑 动 的 趋势 ， 说 明公路外 侧 高一些，支持力的水平分力 刚 好提供向心力，此 时 汽 车 不受静摩擦力的作用，与路面是否 结 冰无关，故 选项 A正 确， 选项 D错误 。当 vvc 时 ，支持力的水平分力小于所需向心力，汽 车 有向外 侧 滑 动 的 趋势 ，在摩擦力大于最大静摩擦力前不会 侧 滑，故 选项 B 错误 ， 选项 C正确。 汽 车 在拱 桥 上运 动 的有关 问题 (1)汽车允许的最大速率是多少？ (2)若以所求速度行驶，汽车对桥面的最小压力是多少？ (g取 10m/s2) 解析： 汽 车 在拱 桥 上运 动时 ， 对 凹形 桥 的 压 力大于其重 力，而 对 凸形 桥则压 力小于重力。由此可知， 对 凹形 桥则 存 在一个允 许 最大速率， 对 凸形 桥则 有最小 压 力。可根据 圆 周 运 动 知 识 ，在最低点和最高点列方程求解。 汽 车驶 至凹面的底部 时 ，合力向上，此 时车对桥 面 压 力 最大；汽 车驶 至凸面的 顶 部 时 ，合力向下，此 时车对桥 面的 压 力最小。 点 评 ： 在汽 车经过 拱形 桥 或 类 似的物体 经过竖 直曲 线 做 圆 周运 动 的 问题 中，一般在 轨 道的最低点和最高点分析受力 列方程，无 论该类题 目的具体内容如何，通 过 分析受力，找 出提供的向心力列方程求解是最基本的方法。 A玩具车静止在拱桥顶端时的示数小一些 B玩具车运动通过拱桥顶端时的示数大一些 C玩具车运动通过拱桥顶端时处于超重状态 D玩具车运动通过拱桥顶端时速度越大 (未离开拱桥 )，示数越小 答案： D 解析： 玩具 车 通 过 拱 桥顶 端 时处 于失重状 态 ，速度越大 示数越小，故 选项 D正确。 离心运 动 答案： ACD A甲 B乙 C丙 D都有道理 答案： C 解析： 当向心力不足 时 ，物体会做离心运 动 ， A错误 ， C 正确；离心力是不存在的， B错误 。 开放 探究 解析： 首先我 们 分析一下当 过 山 车 运 动 到 圆环 底部和 圆 环顶 部 时过 山 车 中人的受力情况：重力 mg， FN下 和 FN上 分 别 为过 山 车 在 圆环 底部和 顶 部 时 座椅 对 人的支持力 (为 使