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1、2013 上期 高一物理必修 2 学案 7GFFN图5.101O5.7 生活中的圆周运动( 07 )编制：斌 审核：花班级： 姓名：学习目标1巩固向心力和向心加速度的知识.2.会在具体问题中分析向心力的来源.3.会用牛顿第二定律解决生活中的较简单的圆周运动问题. 自主学习1火车过弯道:火车过弯道的运动可看作是匀速圆周运动,具有向心加速度,需要很大的向心力.轨道转弯处外轨应略 内轨,转弯时,轨道对火车的支持力 FN的方向是 ,它与重力的合力指向 .以规定的速率通过弯道时,向心力由 提供,内外轨对火车都没有侧向压力.2.汽车过拱形桥:汽车过桥时由 提供向心力.桥对汽车的支持力方向只能是 。过拱形桥
2、时,汽车受力方程为 ,当 v= 时汽车受到的压力等于零；过凹形桥时,汽车受力方程为 。3.航天器中的失重现象：航天器在近地稳定运行轨道可近似认为是 运动。对航天器，重力提供向心力，即方程为 对航天员，重力和座椅的支持力共同提供向心力，即方程为 ，由航天器与航天员的向心加速度相同，可知座椅对航天员的支持力 FN= ，即航天器稳定运行时，航天员处在 状态。4.竖直平面内的圆周运动:（1）轻绳模型：当绳拉着小球圆周运动到最高点时，小球受力方程为 ，绳对小球的拉力方向只能是 的(即 FT0)所以绳拉小球在最高点的速度必须满足： （2）轻杆模型：当轻杆拉着小球圆周运动到最高点时，由于轻杆对小球的弹力方向
3、可以是 的，即轻杆对小球的力为支持力，受力方程为 ，此时小球速度满足： 轻杆对小球的弹力方向也可以是 的，即轻杆对小球的力为拉力，受力方程为 ，此时小球速度满足： 学习交流 一、探究火车转弯问题（1）若火车在水面内转弯，其受力有何特点？该特点会导致怎样的后果？（2）火车在倾斜弯道转弯时，做圆周运动的轨道平面是水平的还是倾斜的？其圆心在何处？（3）设轨道倾斜角为 ，转弯半经为 r，思考火车速度 v 必须满足什么条件，才可以完全使铁轨和轮缘间的侧向挤压消失？2013 上期 高一物理必修 2 学案 7（4）当火车行驶速率 时，轮缘受哪个轨道的侧向压力？当行驶速度 时，轮缘vtangr vtangr受
4、哪个轨道的侧向压力？二、竖直平面内的圆周运动1、探究拱形桥模型详见教材 P30 页第 3 题2、探究轻绳模型和轻杆模型详见创新设计 P22 页专题突破三、探究航天器中的航天员为什么会处于完全失重状态？四、离心运动如果物体所受的合力不足以提供所需的向心力，物体会怎样运动？如果物体所受的合力大于所需的向心力呢？典例分析 例 1：一辆汽车匀速率通过一座圆弧形拱桥后，接着又以相同速率通过一圆弧形凹形桥。设两圆弧半径相等，汽车通过拱桥桥顶时，对桥面的压力 F1 为车重的一半，汽车通过圆弧形凹形桥的最低点时，对桥面的压力为 F2，求 F1 与 F2 之比。例 2：如图 3 所示，用长 L0.6 m 的绳系
5、着装有 m0.5 kg 水的小桶，在竖直平面内做圆周运动，称为“水流星” g10 m/s 2，求：(1)最高点水不流出的最小速度为多少？(2)若过最高点时速度为 3 m/s，此时水对桶底的压力多大？课堂提升2013 上期 高一物理必修 2 学案 71质量为 m 的小球在竖直平面内的圆管轨道内运动，小球的直径略小于圆管的直径，如图所示已知小球以速率 v1 通过最高点时对圆管的外壁的压力恰好为 mg，试计算(1)圆管的半径为多大？(2)小球以多大速度 v2 通过最高点时，小球对圆管内、外壁的压力均为 0。2、详见教材 P30 页第 3 题3.如图所示，光滑水平面上，小球 m 在拉力 F 的作用下做
6、匀速圆周运动。若小球运动到 P 点时，拉力 F 发生变化，关于小球运动情况的说法正确的是（ ）A 若拉力突然消失，小球将沿轨迹 Pa 做离心运动B 若拉力突然变小，小球将沿轨迹 Pa 做离心运动C 若拉力突然变大，小球将沿轨迹 Pb 做离心运动D 若拉力突然变小，小球将沿轨迹 Pc 做近离心运动课后练习 1、洗衣机的甩干桶在转动时有一衣物附着在桶壁上，此时（ ）A 衣服受到重力、桶壁的弹力和摩擦力 B 衣服随桶壁做圆周运动的向心力是摩擦力C 桶壁的弹力随桶的转速的增大而增大 D 桶壁对衣物的摩擦力随转速的增大而增大2、汽车以某一速率在水平地面上匀速转弯时，地面对车的侧向摩擦力正好达到最大，当汽
7、车的速率增为原来的两倍时,则汽车的转弯半径必须（）A减为原来的 1/2B减为原来的 1/4C增为原来的 2 倍D增为原来的 4 倍3、火车转弯时，有向心力的作用，对于向心力的分析，正确的是（ ）A 由于火车本身作用产生了向心力B 主要由于内外轨的高度差的作用，车身略有倾斜，车身所受重力的分力产生了向心力C 火车转弯时的速率小于规定速率时，内轨将给火车侧向压力，侧向压力就是向心力D 火车转弯时的速率大于规定速率时，外轨将给火车侧向压力，侧向压力作为火车拐弯时向心力的一部分。4、乘坐游乐园的翻滚过山车时，质量 m 的人随车在竖直平面内旋转，下列正确的是（）A车在最高点时人处于倒坐状态，全靠保险带拉
8、住，没有保险带，人就会掉下来PVb aco2013 上期 高一物理必修 2 学案 7图 5.102ABB人在最高点时对座位仍可能产生压力C人在最低点时对座位的压力等于 mgD人在最低点时对座位的压力大于 mg5、如图所示，轻杆一端有一个小球，另一端有一光滑固定轴 O，现给 球一初速度，使球和杆绕 O 轴在竖直面内转动，不计空气阻力，则球到最高点时杆 对小球的作用力 F （ ）A 一定是拉力 B 一定是推力C 一定等于 0 D 可能是拉力，可能是推力，也可能为 06、如图质量为 M 的物体随水平传送带一起匀速运动，A 为传送带的终端皮带轮，皮带轮半经为 r，要使物体通过终端时能被水平抛出，皮带轮
9、的转速至少为（ ）A B C D 12grgrgr2gr7、飞机做俯冲运动时，在最低点附近做半经 r=200m 的圆周运动，如果飞行员的质量 m=60kg，飞机经过最低点 P 的速度 V=360Km/h，这时飞行员对座位的压力为 N（g=10m/s 2）8、质量为 25kg 的小孩坐在秋千板上，小孩离系绳子的横梁 2.5m，如果秋千板摆到最低点时，小孩运动速度的大小是 5m/s，则他对秋千板的压力是多大？9、飞机在竖直平面内作半径为 400m 的匀速圆周运动，其速率是 150m/s，飞行员质量 80kg，g 取10m/s2，求：飞机在轨道最低点飞行员头朝上时，座椅对飞行员压力的大小和方向；飞机在轨道最高点飞行员头朝下时，飞行员对座椅的压力大小和方向。10、2002 年 12 月 30 日，我国成功发射并回收了“神舟”四号宇宙飞船，2003 年 10 月 15 日成功发射了载人飞船。飞船中的宇航员需要在航天之前进行多种训练，其中图 5.102 是离心试验器的原理图。可以用此试验研究过荷对人体的影响，测量人体的抗荷能力。离心试验器转动时，被测者做匀速圆周运动。现观测到图中的直线 AB（线 AB 与舱底垂直）与水平杆成 30角，则被测者对座位的压力是他所受重力的多少倍？MA2013 上期 高一物理必修 2 学案 7质疑问难：
