物理必修二學(xué)案（5.7生活中的圓周運(yùn)動(dòng)）

1、.5.7 ?生活中的圓周運(yùn)動(dòng)?導(dǎo)學(xué)案【學(xué)習(xí)目的】1. 進(jìn)一步加深對向心力的認(rèn)識，會(huì)在實(shí)際問題中分析向心力的來源2. 能理解運(yùn)用勻速圓周運(yùn)動(dòng)的規(guī)律分析和處理消費(fèi)和生活中的詳細(xì)實(shí)例【重點(diǎn)難點(diǎn)】分析詳細(xì)問題中向心力的來源，掌握用牛頓第二定律分析向心力的方法【學(xué)法指導(dǎo)】閱讀教材插圖，結(jié)合生活中的圓周運(yùn)動(dòng)，體會(huì)向心力的概念，結(jié)合例題體會(huì)牛頓第二定律在圓周運(yùn)動(dòng)問題中的運(yùn)用。【知識鏈接】1、向心力做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體所受的合外力總是指向 ，所以叫 向心力公式：_向心力的作用效果：只是改變物體線速度的 而不改變線速度的 向心力的來源：向心力是按_命名的力，任何一個(gè)力或幾個(gè)力的合力只要它的作用效果是使物體產(chǎn)生向

2、心加速度，它就是物體所受的向心力；不能認(rèn)為做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體除了受到另外物體的作用外，還要受到向心力的作用。 2、應(yīng)用向心力公式解題的一般步驟：1明確研究對象：解題時(shí)要明確所研究的是哪一個(gè)做圓周運(yùn)動(dòng)的物體。2確定物體做圓周運(yùn)動(dòng)的軌道平面，并找出圓心和半徑。3確定研究對象在某個(gè)位置所處的狀態(tài)，分析物體的受力情況，判斷哪些力提供向心力.這是解題的關(guān)鍵。4根據(jù)向心力公式列方程求解?！緦W(xué)習(xí)過程】一、鐵路的彎道閱讀課本，觀察鐵軌彎道的特點(diǎn)和火車車輪的構(gòu)造特點(diǎn)。問題1：假設(shè)轉(zhuǎn)彎處內(nèi)外軌一樣高，火車轉(zhuǎn)彎需要的向心力由什么力來提供呢？這樣設(shè)計(jì)有什么缺點(diǎn)?問題2：假如在彎道處外軌高于內(nèi)軌，火車過彎道時(shí)需要的向

3、心力由什么力來提供作出受力圖。這樣設(shè)計(jì)有什么優(yōu)點(diǎn)？來源:1 考慮：1、假如鐵軌修好了，那么，彎道的半徑和內(nèi)外軌的高度差就是一定的了，假設(shè)要對軌道沒有擠壓，那么要按照規(guī)定的行駛速度行使。1假設(shè)是超過規(guī)定行使速度，那么需要的向心力比按規(guī)定行駛時(shí) ，哪側(cè)的軌道受到擠壓？2假設(shè)是小于規(guī)定行使速度，那么需要的向心力比按規(guī)定行駛時(shí) ， 哪側(cè)的軌道受到擠壓？2、賽車中，假設(shè)要減少彎道事故，怎樣設(shè)計(jì)彎道的路面？高速路轉(zhuǎn)彎處路面是怎么設(shè)計(jì)的？摩托車轉(zhuǎn)彎時(shí)車身為什么要適當(dāng)傾斜？二、拱形橋1、拱形橋質(zhì)量為m的汽車在拱形橋上以速度v前進(jìn)，設(shè)橋面的圓弧半徑為R，分析汽車通過橋的最高點(diǎn)時(shí)對橋的壓力。問題1：分析汽車的受力

4、情況，確定汽車通過拱形橋的最高點(diǎn)時(shí)，什么力提供向心力？來源:Zxxk 問題2：根據(jù)牛頓運(yùn)動(dòng)定律列方程，求出汽車對橋的壓力？問題3：根據(jù)汽車對橋的壓力的表達(dá)式，可得出：1汽車對橋面的壓力_汽車的重力mg；填大于或小于2汽車行駛的速度越大，汽車對橋面的壓力越_填大或小問題4：試分析假如汽車的速度不斷增大，會(huì)有什么現(xiàn)象發(fā)生呢？:2、凹形橋 假如是凹形橋，汽車行駛在最低點(diǎn)時(shí)，橋面受到的壓力如何？比汽車的重力大些還是小些？三、航天器中的失重現(xiàn)象來源:1閱讀課本25頁考慮與討論。速度多大時(shí)，汽車分開地球？用R、g表示來源:Zxxk 人處于什么狀態(tài)？超重、失重或完全失重?宇宙飛船中的人處于什么狀態(tài)？是否受重

5、力？對座椅為什么沒有壓力？ 四、離心運(yùn)動(dòng)來源:Z。xx。k 做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體，在所受合力_，或者_(dá)以提供圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力的情況下，就做逐漸遠(yuǎn)離圓心的運(yùn)動(dòng)。這種運(yùn)動(dòng)叫做離心運(yùn)動(dòng)。1、離心運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用1洗衣機(jī)的脫水筒當(dāng)網(wǎng)籠轉(zhuǎn)得比較慢時(shí)，水滴跟物體的附著力足以提供所需的向心力F，使水滴做圓周運(yùn)動(dòng)。當(dāng)網(wǎng)籠轉(zhuǎn)得比較快時(shí)，附著力缺乏以提供所需的向心力 F，于是水滴做離心運(yùn)動(dòng)，穿過網(wǎng)孔，飛到網(wǎng)籠外面。 2制作“棉花糖的原理：內(nèi)筒與洗衣機(jī)的脫水筒相似，里面參加白砂糖，加熱使糖熔化成糖汁。內(nèi)筒高速旋轉(zhuǎn)，黏稠的糖汁就做離心運(yùn)動(dòng)，從內(nèi)筒壁的小孔飛散出去，成為絲狀到達(dá)溫度較低的外筒，并迅速冷卻凝固，變得纖細(xì)雪白

6、，像一團(tuán)團(tuán)棉花考慮：物體做離心運(yùn)動(dòng)是因?yàn)槭艿诫x心力嗎？2、離心運(yùn)動(dòng)的防止：在程度公路上行駛的汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)在程度公路上行駛的汽車，轉(zhuǎn)彎時(shí)所需的向心力是由車輪與路面的靜摩擦力提供的。假如轉(zhuǎn)彎時(shí)速度過大，所需向心力F大于最大靜摩擦力Fmax，汽車將做離心運(yùn)動(dòng)而造成交通事故。因此，在公路彎道處，車輛行駛不允許超過規(guī)定的速度?！居?xùn)練測試】1有一列重為100t的火車，以72km/h的速率勻速通過一個(gè)內(nèi)外軌一樣高的彎道，軌道半徑400m。試計(jì)算鐵軌受到的側(cè)壓力？假設(shè)要使火車以此速率通過的彎道，且使鐵軌受到的側(cè)壓力為零，我們可以適當(dāng)傾斜路基，試計(jì)算路基傾斜角度的大小。2一輛汽車勻速率通過一座圓弧形拱橋后，接著又

7、以一樣速率通過一圓弧形凹形橋。設(shè)兩圓弧半徑相等，汽車通過拱橋橋頂時(shí)，對橋面的壓力F1為車重的一半，汽車通過圓弧形凹形橋的最低點(diǎn)時(shí)，對橋面的壓力為F2，求F1與F2之比。3一細(xì)桿與水桶相連，水桶中裝有水，水桶與細(xì)桿一起在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)，如下圖，水的質(zhì)量m0.5kg，水的重心到轉(zhuǎn)軸的間隔 l50cm。假設(shè)在最高點(diǎn)水不流出來，求桶的最小速率；假設(shè)在最高點(diǎn)水桶的速率v3m/s，求水對桶底的壓力。4在一寬闊的馬路上，司機(jī)駕駛著汽車勻速行駛，突然發(fā)現(xiàn)前方有一條很寬很長的河，試分析說明他是緊急剎車好還是轉(zhuǎn)彎好？設(shè)汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，最大靜摩擦力與滑動(dòng)摩擦力相等?！緟⒖即鸢浮?解析 外軌對車輪的側(cè)

8、壓力提供火車轉(zhuǎn)彎所需向心力，所以有FNmN105N，由牛頓第三定律可知鐵軌受到的側(cè)壓力大小等于105N?；疖囘^彎道，重力和鐵軌對火車的支持力的合力正好提供向心力，即mgtanm，由此可得 arctanarctan5.71。2解析 汽車過圓弧形拱橋的最高點(diǎn)時(shí)，由牛頓第三定律可知，汽車受橋面對它的支持力與它對橋面的大小壓力相等，所以由牛頓第二定律可得GF1；同樣，汽車過圓弧形凹形橋的最低點(diǎn)時(shí)，有F2G；由題意可知， F1G。由以上各式可解得 F1G，所以 F1F213。3解析 以水桶中的水為研究對象，在最高點(diǎn)恰好不流出來，說明水的重力恰好提供其做圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力，此時(shí)桶的速率最小。此時(shí)有 mgm，那么所求的最小速率為 v0m/s2.24m/s。在最高點(diǎn)，水所受重力mg的方向豎直向下，此時(shí)水具有向下的向心加速度，處于失重狀態(tài)，其向心加速度的大小由桶底對水的壓力和水的重力決定。由向心力公式Fm可知，當(dāng)v增大時(shí)，物體做圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力也隨之增大，由于v3m/sv02. 24m/s，因此，當(dāng)水桶在最高點(diǎn)時(shí)，水所受重力已缺乏以提供水做圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力，此時(shí)桶底對水有一向下的壓力，設(shè)為FN，那么由牛頓第二定律有FNmgm，故 FNmmg4N。根據(jù)牛頓第三定律，可得水對桶底的壓力為4N。4解析 設(shè)汽車的質(zhì)量為m，車輪與地面的動(dòng)摩擦因數(shù)為，剎車時(shí)汽