2019-2020年人教版必修二5.7《生活中的圓周運動》WORD教案9.doc

2019-2020年人教版必修二5.7生活中的圓周運動WORD教案9【學習目標】1了解火車轉彎、汽車過拱橋向心力的來源，會受力分析2學會用牛頓運動定律求解圓周運動力學問題【問題導學】1火車轉彎 火車車輪的結構特點圖1設內外軌間的距離為L，內外軌的高度差為h，火車轉彎的半徑為R，火車轉彎的規(guī)定速度為v0，由圖1所示力的合成得向心力為F合=mgtanmgsin=mg由牛頓第二定律得：F合=m 所以mg=m即火車轉彎的規(guī)定速度v0=。（2） 對火車轉彎時速度與向心力的討論a當火車以規(guī)定速度v0轉彎時，合力F等于向心力，這時輪緣與內外軌均無側壓力。b當火車轉彎速度v>v0時，該合力F小于向心力，外軌向內擠壓輪緣，提供側壓力，與F共同充當向心力。c當火車轉彎速度v<v0時，該合力F大于向心力，內軌向外側擠壓輪緣，產生的側壓力與該合力F共同充當向心力。2汽車過橋 汽車過拱橋時，車對橋的壓力小于其重力（圖2）汽車在橋上運動經過最高點時，汽車所受重力G及橋對其支持力FN提供向心力。如圖2所示。GFN=m所以FN=G汽車對橋的壓力與橋對汽車的支持力是一對作用力與反作用力，故汽車對橋的壓力小于其重力。思考 汽車的速度不斷增大時，會發(fā)生什么現(xiàn)象？由上面表達式FN=G可以看出，v越大，F(xiàn)N越小。當FN=0時，由G=m可得v=。若速度大于時，汽車所需的向心力會大于重力，這時汽車將“飛”離橋面。我們看摩托車越野賽時，常有摩托車飛起來的現(xiàn)象，就是這個原因。 汽車過凹橋時，車對橋的壓力大于其重力（圖3）如圖3，汽車經過凹橋最低點時，受豎直向下的重力和豎直向上的支持力，其合力充當向心力.則有：FNG=m，所以FN=G+m由牛頓第三定律知，車對橋的壓力FN=G+m，大于車的重力，而且還可以看出，v越大，車對橋的壓力越大。思考 汽車不在拱形橋的最高點或最低點時，如圖4所示，它的運動能用上面的方法求解嗎？（圖4）分析 可以用上面的方法求解，但要注意向心力的來源發(fā)生了變化。如圖4，重力沿半徑方向的分力和垂直橋面的支持力共同提供向心力。設此時汽車與圓心的連線和豎直方向的夾角為，則有mgcosFN=m所以FN=mgcosm橋面支持力與夾角、車速v都有關。3航天器中的失重現(xiàn)象飛船環(huán)繞地球做勻速圓周運動，當飛船距地面高度為一二百千米時，它的軌道半徑近似等于地球半徑R，航天員受到的地球引力近似等于他在地面測得的體重mg。除了地球引力外，航天員還可能受到飛船座艙對他的支持力FN ，引力與支持力的合力為他提供了繞地球做勻速圓周運動所需的向心力F=，即mgFN= 也就是 FN=m（g）由此可以解出，當v=時，座艙對航天員的支持力FN=0，航天員處于失重狀態(tài)。（圖5）思考 地球可以看作一個巨大的拱形橋，橋面的半徑就是地球半徑R（約為6400 km）。地面上有一輛汽車，重量是G=mg，地面對它的支持力是FN 。汽車沿南北方向行駛，不斷加速。如圖5所示。會不會出現(xiàn)這樣的情況：速度大到一定程度時，地面對車的支持力是零？這時駕駛員與座椅之間的壓力是多少？駕駛員軀體各部分之間的壓力是多少？他這時可能有什么感覺？其實，這和飛船的情況相似，當汽車速度達到v=時（代數(shù)計算可得v=7.9103 m/s），地面對車的支持力是零，這時汽車已經飛起來了，此時駕駛員與座椅間無壓力。駕駛員、車都處于完全失重狀態(tài).駕駛員軀體各部分之間沒有壓力，他會感到全身都飄起來了?！镜湫屠}】1一輛卡車在丘陵地勻速行駛,地形如圖所示，由于輪胎太舊，途中爆胎，爆胎可能性最大的地段應是（ ）Aa處 Bb處 Cc處 Dd處2一汽車通過拱形橋頂點時速度為10 m/s，車對橋頂?shù)膲毫檐囍氐?，如果要使汽車在橋頂對橋面沒有壓力，車速至少為（ ）A15 m/sB20 m/s C25 m/s D30 m/s3.如圖所示，半徑為r的圓筒，繞豎直中心軸OO旋轉，小物塊a靠在圓筒的內壁上，它與圓筒內壁間的動摩擦因數(shù)為，現(xiàn)要使a不下落，則圓筒轉動的角速度至少為（）AOOBCD 【課后鞏固】1汽車以一定速率通過拱橋時，下列說法中正確的是（）A在最高點汽車對橋的壓力大于汽車的重力B在最高點汽車對橋的壓力等于汽車的重力C在最高點汽車對橋的壓力小于汽車的重力D汽車以恒定的速率過橋時，汽車所受的合力為零2. 關于鐵道轉彎處內外鐵軌間有高度差，下列說法中正確的是（ ）A. 可以使火車順利轉彎，減少車輪與鐵軌間的摩擦B. 火車轉彎時，火車的速度越小，車輪對內側的鐵軌測側向壓力越小C. 火車轉彎時，火車的速度越大，車輪對外側的鐵軌測側向壓力越大D. 外鐵軌略高于內鐵軌，使得火車轉彎時，由重力和支持力的合力提供了部分向心力3有一種大型游戲器械，它是一個圓筒形大容器，筒壁豎直，游客進入容器后靠筒壁站立，當圓筒開始轉動，轉速加快到一定程度時，突然地板塌落，游客發(fā)現(xiàn)自己沒有落下去，這是因為（ ）A游客受到的筒壁的作用力垂直于筒壁B游客處于失重狀態(tài)C游客受到的摩擦力等于重力D游客隨著轉速的增大有沿壁向上滑動的趨勢4汽車在傾斜的彎道上拐彎，如圖所示，彎道的傾角為，半徑為r，則汽車完全不靠摩擦力轉彎的速率是(提示：轉彎半徑是水平的) ( ) ABCD5如圖所示，小物體位于半徑為R的半球頂端，若給小物體以水平初速度v0時，小物體對球頂恰無壓力，則 ( ) A物體立即離開球面做平拋運動B物體落地時水平位移為C物體的初速度D物體著地時速度方向與地面成45角6如圖所示，內表面光滑的半徑為R的半球形碗內，有一質量為m的小球以角速度在水平面內做勻速圓周運動求該小球的運動平面離碗底的高度