课时5.7 生活中的圆周运动（课件） - 2020-2021学年高一物理同步备课一体化资源（人教版必修2）

(课件网) 课时5.7 生活中的圆周运动 自主预习 重点探究 课堂小结 随堂训练 必 修 2 【学习目标】 1.会分析具体圆周运动问题中向心力的来源，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. 1 自主预习 2 知识点一 火车转弯问题 【例题1】(多选)如图所示，铁路转弯处外轨应略高于内轨，若在某转弯处规定行驶的速度为v，则下列说法中正确的是(　　) A.若火车行驶到转弯处的速度大于规定速度v，火车将对外轨有侧向的挤压作用 B.弯道半径越大，火车所需向心力越大 C.若火车行驶到转弯处的速度小于规定速度v，火车将对外轨有侧向的挤压作用 D.若火车要提速行驶，而弯道半径不变，弯道的坡度应适当增大 【例题2】有一列重为100 t的火车，以72 km/h的速率匀速通过一个内外轨一样高的弯道，轨道半径为400 m。(g取10 m/s2) (1)试计算铁轨受到的侧压力大小； (2)若要使火车以此速率通过弯道，且使铁轨受到的侧压力为零，我们可以适当倾斜路基，试计算路基倾斜角度θ的正切值。 解析　(1)v＝72 km/h＝20 m/s，外轨对轮缘的侧压力提供火车转弯所需要的向心力，所以有： 答案　(1)105 N　(2)0.1 解答火车转弯问题的核心点 (1)合外力的方向：火车转弯时，火车所受合外力沿水平方向指向圆心，而不是沿轨道斜面向下。因为，火车转弯的圆周平面是水平面，不是斜面，所以火车的向心力即合外力应沿水平面指向圆心。 (2)规定速度：火车轨道转弯处的规定速率一旦确定则是唯一的，火车只有按规定的速率转弯，内外轨才不受火车的挤压作用。速率过大时，由重力、支持力及外轨对轮缘的挤压力的合力提供向心力；速率过小时，由重力、支持力及内轨对轮缘的挤压力的合力提供向心力。 2 知识点二 竖直平面内的圆周运动 1.汽车过桥问题的分析 (1)汽车过凸形桥：汽车经过最高点时，汽车的重力与桥对汽车支持力的合力提供向心力。如图甲所示。 2.竖直平面内的圆周运动的临界问题 3.绕地球做圆周运动的卫星、飞船、空间站处于完全失重状态. (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： (3)航天器内的任何物体都处于完全失重状态. 【例题3】长度为0.5 m的轻杆OA绕O点在竖直平面内做圆周运动，A端连着一个质量m＝2 kg的小球。求在下述的两种情况下，通过最高点时小球对杆的作用力的大小和方向(g取10 m/s2)： (1)杆做匀速圆周运动的转速为2.0 r/s； (2)杆做匀速圆周运动的转速为0.5 r/s。 【解析】假设小球在最高点的受力如图所示。 (1)杆的转速为2.0 r/s时，ω＝2πn＝4π rad/s 由牛顿第二定律得：F＋mg＝mLω2 故小球所受杆的作用力 F＝mLω2－mg＝2×(0.5×42×π2－10)N≈138 N 即杆对小球提供了138 N的拉力 由牛顿第三定律知，小球对杆的拉力大小为138 N，方向竖直向上。 (2)杆的转速为0.5 r/s时，ω′＝2πn′＝π rad/s 同理可得小球所受杆的作用力 F＝mLω′2－mg＝2×(0.5×π2－10)N≈－10 N。 力F为负值表示它的方向与受力分析中所假设的方向相反，故小球对杆的压力大小为10 N，方向竖直向下。 【例题4】(多选)如图所示，有一个半径为R的光滑圆轨道，现给小球一个初速度，使小球在竖直面内做圆周运动，重力加速度为g，则关于小球在过最高点的速度v，下列叙述中正确的是(　　) 【答案】CD 2 知识点三 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一种物理现象，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方向飞出去的倾向，之所以没有飞出去，是因为受到指向圆心的力。 2.离心运动的条件：做圆周运动的物体，提供向心力的外力突然消失或者 ... ...