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2018-2019学年高中物理人教版必修二 第五章 7 生活中的圆周运动

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第五章 曲线运动
7 生活中的圆周运动
[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.
内容索引


    自主预习                             重点探究                              达标检测
 预习新知 夯实基础                         启迪思维 探究重点                        检测评价 达标过关
自主预习
一、铁路的弯道
1.火车在弯道上的运动特点
火车在弯道上运动时做圆周运动,具有 向心      加速度,由于其质量巨大
,因此需要很大      的向心力.
2.转弯处内外轨一样高的缺点
如果转弯处内外轨一样高,则由 外轨     对轮缘的弹力提供向心力,这样
铁轨和车轮极易受损.
3.铁路弯道的特点
(1)转弯处         外轨略高于          内轨 .
(2)铁轨对火车的支持力不是竖直向上的,而是斜向弯道的         内侧           .
(3)铁轨对火车的支持力与火车所受重力的合力指向轨道的 圆心      ,它提
供了火车以规定速度行驶时的             向心力.
二、拱形桥

                汽车过凸形桥                 汽车过凹形桥
                       
    受力
                                             
    分析

                   mg-F                  F -mg
   向心力            Fn=                N =           Fn=              N =
对桥的压力
              FN′=_________         FN′=_________

           汽车对桥的压力小于        汽车  汽车对桥的压力         大于汽车的
   结论      的重力,而且汽车速度越          重力,而且汽车速度越大,
           大,对桥的压力_____越小       对桥的压力_____越大
三、航天器中的失重现象
1.向心力分析:宇航员受到的地球引力与座舱对他的支持力的合力提

          mg-F
供向心力,                N =       ,所以FN=                 .

2.完全失重状态:当v=      时,座舱对宇航员的支持力FN=0,宇航
员处于                  完全失重 状态.
四、离心运动
1.定义:做圆周运动的物体沿切线飞出或做                 逐渐远离圆心的运动.
2.原因:向心力突然         消失或合力不足以提供                         所需的向心力.
3.离心运动的应用和防止
(1)应用:离心干燥器;洗衣机的              脱水筒 ;离心制管技术.
(2)防止:汽车在公路转弯处必须  限速行驶               ;转动的砂轮、飞轮的转
速不能太高.
[即学即用] 
1.判断下列说法的正误.
(1)铁路的弯道处,内轨高于外轨.(  ×         )
(2)汽车行驶至凸形桥顶部时,对桥面的压力等于车重.(  ×                )
(3)汽车行驶至凹形桥底部时,对桥面的压力大于车重.(  √                )
(4)绕地球做匀速圆周运动的航天器中的宇航员处于完全失重状态,故
不再受重力.(  ×   )
(5)航天器中处于完全失重状态的物体所受合力为零.(  ×               )
(6)做离心运动的物体可以沿半径方向向外运动.(  ×              )

                                                      答案
2.飞机由俯冲转为拉起的一段轨迹可看成一段圆弧,如图1所示,飞机
做俯冲拉起运动时,在最低点附近做半径为r=180                m的圆周运动,如果
飞行员质量m=70 kg,飞机经过最低点P时的速度v=360 km/h,则这时
飞行员对座椅的压力大小约为________.(4 589 N  g取10 m/s2)


                           图1

                                                 解析    答案
解析 飞机经过最低点时,v=360 km/h=100 m/s.
对飞行员进行受力分析,飞行员在竖直面内共受到重力mg和座椅的

支持力FN两个力的作用,根据牛顿第二定律得FN-mg=                       ,所以FN
=mg+     =70×10 N+70×          ≈4 589 N,由牛顿第三定律得,
飞行员对座椅的压力为4 589 N.
重点探究
                     一、火车转弯问题

[导学探究] 
设火车转弯时的运动为匀速圆周运动.
(1)如果铁路弯道的内外轨一样高,火车在转弯时的向心力由什么力提供
?会导致怎样的后果?
答案 如果铁路弯道的内外轨一样高,火车在竖直方
向所受重力与支持力平衡,其向心力由外侧车轮的轮
缘挤压外轨,使外轨发生弹性形变,对轮缘产生的弹
力来提供(如图甲);由于火车的质量太大,轮缘与外
轨间的相互作用力太大,会使铁轨和车轮极易受损.
                                                      答案
(2)实际上在铁路的弯道处外轨略高于内轨,试从向心力的来源分析
这样做的优点.
答案 如果弯道处外轨略高于内轨,火车在转弯时铁

轨对火车的支持力FN的方向不再是竖直的,而是斜向
弯道的内侧,它与重力G的合力指向圆心,为火车转
弯提供一部分向心力(如图乙),从而减轻轮缘与外轨
的挤压.


                                                      答案
(3)当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?(重力加速度为g)

答案 火车受力如图丙所示,则


                                                      答案
(4)当火车行驶速度v>v0=                时,轮缘受哪个轨道的压力?当

火车行驶速度vv0=                时,重力和支持力的合力提
供的向心力不足,此时外侧轨道对轮缘有向里的侧向压力;当火车

行驶速度vv0时,外轨道对轮缘有侧压力.

(3)当火车行驶速度vmrω  或F合>      ,物体做半径变小的
近心运动,即“提供过度”,也就是“提供”
                                            图10
大于“需要”.

            2
③若0
	
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