湖南省中方縣高中物理 第五章 曲線運(yùn)動(dòng) 5.7 生活中的圓周運(yùn)動(dòng)教案 新人教版必修2.doc

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7　生活中的圓周運(yùn)動(dòng) 學(xué)習(xí)目標(biāo) 1.讓學(xué)生學(xué)會(huì)定性分析火車轉(zhuǎn)彎過(guò)程中外軌高于內(nèi)軌的原因. 2.讓學(xué)生能夠定量分析汽車過(guò)拱形橋最高點(diǎn)、凹形橋最低點(diǎn)時(shí)對(duì)橋面的壓力,學(xué)會(huì)用牛頓第二定律分析圓周運(yùn)動(dòng). 3.讓學(xué)生知道航天器中完全失重現(xiàn)象的本質(zhì). 4.讓學(xué)生知道離心運(yùn)動(dòng)及其產(chǎn)生條件,認(rèn)識(shí)和體會(huì)圓周運(yùn)動(dòng)中的向心力來(lái)源和離心現(xiàn)象. 自主探究 1.鐵路的彎道 (1)火車在彎道上做　　運(yùn)動(dòng),其半徑是沿著　　　方向的.由于其質(zhì)量巨大,所以需要很大的　　力. (2)如果內(nèi)外軌一樣高,則由　　　對(duì)輪緣的彈力提供向心力. (3)鐵路彎道的特點(diǎn): ①　　　略高于　　　. ②鐵軌對(duì)火車的支持力不是豎直向上的,而是　　　　　. ③　　　　　　　　　　　　　　　提供了火車轉(zhuǎn)彎的向心力. 2.拱形橋 向心力來(lái)源(最高點(diǎn)和最低點(diǎn)):汽車做圓周運(yùn)動(dòng),　　　和　　　的合力提供向心力. 3.航天器中的失重問(wèn)題 (1)航天器在近地軌道運(yùn)動(dòng) ①　　　提供向心力,滿足關(guān)系是　　　　　,航天器的速度　　　　. ②對(duì)于航天員,由　　　　　　　　　　　　提供向心力,滿足關(guān)系是　. 由此可得:FN=0時(shí),航天員處于　　　　　　　　　　　　狀態(tài). (2)對(duì)失重現(xiàn)象的認(rèn)識(shí):航天器內(nèi)的所有物體都處于　　　　狀態(tài),但是并不是不受重力. 合作探究 一、鐵路的彎道——水平面上的圓周運(yùn)動(dòng) 觀察火車及軌道的模型 先獨(dú)立思考,畫圖分析,后小組討論下列問(wèn)題,得到結(jié)論 1.在平直軌道上勻速行駛的火車,其合力如何? 2.在水平軌道上,火車轉(zhuǎn)彎時(shí),其合力方向如何?向心力的來(lái)源是什么?水平軌道上轉(zhuǎn)彎會(huì)帶來(lái)什么樣的后果? 3.如何改進(jìn)才能夠避免或減小這方面的后果? 4.拓展:生活中的公路有這樣的彎道嗎?請(qǐng)分析公路上的汽車在轉(zhuǎn)彎時(shí)的情況? 小體驗(yàn):站立在一個(gè)斜面上,感受力的情況;沿圓周跑上這個(gè)斜面,感受力的情況. 【歸納總結(jié)】 1.火車轉(zhuǎn)彎過(guò)程中,如果內(nèi)外軌一樣高,則外軌的彈力提供向心力. 2.如果外軌高于內(nèi)軌,則當(dāng)速度達(dá)到一定的數(shù)值時(shí),可以由軌道的支持力的水平分力提供向心力. 二、拱形橋——豎直面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng) 觀察汽車過(guò)橋的模型,解決下列問(wèn)題: 1.汽車在水平路面上勻速行駛或靜止,在豎直方向的受力情況如何? 2.汽車過(guò)拱形橋到達(dá)最高點(diǎn)時(shí),受力情況如何?此時(shí)橋?qū)ζ嚨闹С至εc汽車所受的重力一樣大嗎?它們的合外力方向如何,在做什么運(yùn)動(dòng)? 3.試分析如果汽車的速度不斷增大,汽車的受力情況會(huì)怎樣變化?如果汽車的速度過(guò)大會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象? 4.用同樣的方法分析汽車過(guò)凹形橋最低點(diǎn)的受力情況. 5.前面我們?cè)?jīng)學(xué)習(xí)過(guò)超重和失重現(xiàn)象,那么試?yán)谩俺?、失重”的觀點(diǎn)定性分析汽車在拱形橋最高點(diǎn)和凹形橋的最低點(diǎn)分別處于哪種狀態(tài)? 【歸納總結(jié)】 1.汽車過(guò)拱形橋時(shí)對(duì)橋面的壓力小于重力. 2.汽車過(guò)凹形橋時(shí)對(duì)橋面的壓力大于重力. 三、航天器中的失重現(xiàn)象 觀看《神舟十號(hào)太空授課》視頻后,解決下列問(wèn)題 1.宇宙飛船在做什么運(yùn)動(dòng)? 2.飛船內(nèi)的宇航員受力情況如何?他們處于什么狀態(tài)? 【歸納總結(jié)】 宇宙飛船內(nèi)的一切物體都處于完全失重狀態(tài). 四、離心運(yùn)動(dòng) 1.物體在做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí),提供向心力的力突然消失,物體會(huì)怎樣運(yùn)動(dòng)? 【小實(shí)驗(yàn)】各個(gè)小組的大盒子內(nèi),小球在細(xì)線的拉動(dòng)之下做圓周運(yùn)動(dòng),松手,觀察小球的運(yùn)動(dòng)情況. 2.如果合力不足以提供向心力,物體又會(huì)怎樣運(yùn)動(dòng)? 【小實(shí)驗(yàn)】各個(gè)小組的大盒子內(nèi),小球在細(xì)線的拉動(dòng)之下做圓周運(yùn)動(dòng),慢慢松手,觀察小球的運(yùn)動(dòng)情況. 3.什么是離心運(yùn)動(dòng)?有哪些應(yīng)用?有哪些危害? 【歸納總結(jié)】 當(dāng)所供的力不足以提供向心力,物體就做離心運(yùn)動(dòng). 課堂檢測(cè) 1.下列關(guān)于離心現(xiàn)象的說(shuō)法中,正確的是(　　) A.當(dāng)物體所受的離心力大于向心力時(shí)產(chǎn)生離心現(xiàn)象 B.做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體,當(dāng)它所受的一切力都消失時(shí),它將做遠(yuǎn)離圓心的圓周運(yùn)動(dòng) C.做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體,當(dāng)它所受的一切力都突然消失時(shí),它將沿切線做直線運(yùn)動(dòng) D.做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體,當(dāng)它所受的一切力都突然消失時(shí),它將做曲線運(yùn)動(dòng) 2.質(zhì)量為m的小球在豎直平面內(nèi)的圓形軌道內(nèi)側(cè)運(yùn)動(dòng),若經(jīng)過(guò)最高點(diǎn)不脫離軌道的臨界速度為v,則當(dāng)小球以2v速度經(jīng)過(guò)最高點(diǎn)時(shí),小球?qū)壍缐毫Φ拇笮?　　) 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 A.0 B.mg C.3mg D.5mg 3.一輛卡車勻速率行駛,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(yīng)是(　　) A.a處 B.b處 C.c處 D.d處 4.在索契冬奧會(huì)上,李堅(jiān)柔獲得短道速滑金牌.假設(shè)冰面對(duì)李堅(jiān)柔的最大靜摩擦力為重力的k倍,則她在水平冰面上以速率v沿圓周滑行時(shí)的半徑R應(yīng)滿足(　　) A.R≤ B. R≥ C.R≤ D.R≥ 5.如圖所示,質(zhì)量為m的滑塊與軌道間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ,當(dāng)滑塊從A滑到B的過(guò)程中,受到的摩擦力的最大值為Fμ,則(　　) A.Fμ=μmg B.Fμ<μmg C.Fμ>μmg D.無(wú)法確定Fμ的值 6.一輕桿下端固定一質(zhì)量為M的小球,上端連在軸上,并可繞軸在豎直平面內(nèi)運(yùn)動(dòng),不計(jì)軸摩擦和空氣阻力,在最低點(diǎn)給小球水平速度v0時(shí),剛好能到達(dá)最高點(diǎn).若小球在最低點(diǎn)的瞬時(shí)速度從v0不斷增大,則可知(　　) A.小球在最高點(diǎn)對(duì)桿的作用力不斷增大 B.小球在最高點(diǎn)對(duì)桿的作用力先減小后增大 C.小球在最高點(diǎn)對(duì)桿的作用力不斷減小 D.小球在最高點(diǎn)對(duì)桿的作用力先增大后減小 7.質(zhì)量為m的小球,用一條繩子系在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng),小球到達(dá)最高點(diǎn)時(shí)的速度為v,到達(dá)最低點(diǎn)時(shí)的速度變?yōu)?則兩位置處繩子所受的張力之差是(　　) A.6mg B.5mg C.4mg D.2mg 8.一段鐵路轉(zhuǎn)彎處,內(nèi)外軌高度差為h=10cm,彎道半徑為r=625m,軌距L=1435mm,求這段彎道的設(shè)計(jì)速度v0是多大時(shí)才能夠保證內(nèi)外軌均不受側(cè)向擠壓力? 9.在游樂(lè)場(chǎng)中有一種旋轉(zhuǎn)軟梯,如圖所示,在半徑為r的平臺(tái)邊緣固定著長(zhǎng)為L(zhǎng)的軟梯的一端,另一端則由小朋友乘坐.當(dāng)平臺(tái)繞其中心軸勻速旋轉(zhuǎn)時(shí),軟梯與中心軸在同一豎直面內(nèi),軟梯與豎直方向夾角為θ.求此時(shí)平臺(tái)旋轉(zhuǎn)的周期. 10.如圖所示,細(xì)繩一端系著質(zhì)量M=0. 6kg的物體,靜止在水平面上,另一端通過(guò)光滑小孔吊著質(zhì)量m=0.3kg的物體,M的中點(diǎn)與圓孔距離為0.2m,并知M和水平面的最大靜摩擦力為2N.現(xiàn)使此平面繞中心軸線方向轉(zhuǎn)動(dòng),角速度ω在什么范圍內(nèi),m會(huì)處于靜止?fàn)顟B(tài).(g取10m/s2) 11.用一根細(xì)繩拴一物體,使它在距水平地面高h(yuǎn)=1.6m處的水平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng),軌道的圓周半徑r=1m.細(xì)繩在某一時(shí)刻突然被拉斷,物體飛出后,落地點(diǎn)到圓周運(yùn)動(dòng)軌道圓心的水平距離s=3m,則物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的線速度為多大?向心加速度多大? 參考答案 自主探究 1.(1)圓周　水平　向心　(2)外軌　(3)①外軌　內(nèi)軌?、谛毕驈澋纼?nèi)側(cè)?、圮壍缹?duì)火車的支持力和重力的合力 2.重力　橋面的支持力 3.(1)①重力　mg=　v=?、谥亓妥蔚闹С至Αg-FN=　完全失重　(2)完全失重 合作探究 一、鐵路的彎道——水平面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng) 1.合力為零 2.合力方向水平　向心力來(lái)源于外軌給火車的彈力　擠壓外軌,容易損壞軌道 3.火車在轉(zhuǎn)彎時(shí)與軌道沒有側(cè)向擠壓就能夠避免或減小這方面的后果,即當(dāng)軌道對(duì)火車彈力的水平分力恰好提供火車在轉(zhuǎn)彎時(shí)所需的向心力時(shí)就沒有側(cè)向擠壓 4.有;分析的情況與火車轉(zhuǎn)彎類似,當(dāng)彈力的水平分量提供了汽車在轉(zhuǎn)彎時(shí)所需的向心力時(shí),汽車輪胎與地面沒有側(cè)向摩擦力. 二、拱形橋——豎直面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng) 1.在豎直方向上受重力和支持力,且二力平衡 2.向下的重力和向上的支持力　重力大于支持力　向下,做圓周運(yùn)動(dòng) 3.汽車速度增大,支持力會(huì)逐漸減小　汽車速度過(guò)大會(huì)“飛”離橋面 4.向下的重力和向上的支持力,此時(shí),支持力大于重力,合力方向垂直于支持面向上 5.最高點(diǎn),失重現(xiàn)象　最低點(diǎn),超重 三、航天器中的失重現(xiàn)象 1.勻速圓周運(yùn)動(dòng) 2.只受重力,處于完全失重狀態(tài) 四、離心運(yùn)動(dòng) 1.沿著切線飛出去 2.遠(yuǎn)離圓心 3.物體雖然不會(huì)沿著切線飛出去,也會(huì)遠(yuǎn)離圓心的運(yùn)動(dòng)　應(yīng)用:洗衣機(jī)的脫水、水泥管道制作　危害:汽車超速會(huì)“甩出去” 課堂檢測(cè) 1.C　2.C　3.D　4.B　5.C　6.B　7.A 8.75km/h 9.2π 10.rad/s≤ω≤rad/s 11.解析:繩斷后小球沿圓周切線做平拋運(yùn)動(dòng),由幾何關(guān)系可知平拋運(yùn)動(dòng)的水平射程為2m. 由平拋的關(guān)系h=gt2,x=vt,解得v=5m/s. 向心加速度為a=,得a=25m/s2. 答案:5m/s　25m/s2