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1θθGF合FN5.7生活中的圆周运动导学案（一）课型：新授课编号时间：2014-3-8主备人：陈富宾高一级物理备课组第4周第2课时总第7课时备课组长签字：陈富宾段长签字：学习目标：知识与技能：1.会在具体问题中分析向心力的来源，明确向心力是按效果命名的力。2.掌握应用牛顿运动定律解决匀速圆周运动问题的一般方法，会处理水平面、竖直面的问题。3.知道向心力和向心加速度的公式也适用于变速圆周运动，会求变速圆周运动中物体在特殊点的向心力和向心加速度。过程与方法1通过对匀速圆周运动的实例分析，渗透理论联系实际的观点，提高学生的分析和解决问题的能力。2.通过匀速圆周运动的规律也可以在变速圆周运动中使用，渗透特殊性和一般性之间的辩证关系，提高学生的分析能力。情感态度与价值观通过对几个实例的分析，使学生明确具体问题必须具体分析，学会用合理、科学的方法处理问题。教学重点1．理解向心力是一种效果力．2．在具体问题中能找到是谁提供向心力的，并结合牛顿运动定律求解有关问题．教学难点1．具体问题中向心力的来源．2．关于对临界问题的讨论和分析．3．对变速圆周运动的理解和处理．复习知识：匀速圆周运动中，谁提供向心力？变速圆周运动中，谁提供向心力？怎样找向心力？自主学习预习过程中，思考以下问题：一、火车转弯问题:首先观察火车轮缘和铁轨的外形1．火车转弯时的运动特点：火车转弯时做的是________运动，因而具有向心加速度，需要__________。若内外轨等高，谁提供向心力？有何弊病？如何解决？实际中火车转弯时谁提供向心力？对车速有何要求？2．为了消除火车车轮对路轨的侧向压力，铁路弯道处内、外轨不在同一水平面上，即_______高、______低。其高度差是根据转弯处轨道的半径和规定的行驶速度而设计的。3．计算规定速度：设火车质量m、轨道平面倾角θ、轨道转弯处半径r、规定的车速v，则应有（写出表达式）4.在转弯处：(1)若列车行驶的速率等于规定速度，则两侧轨道都不受车轮对它的侧向压力(2)若列车行驶的速率大于规定速度，则___轨必受到车轮对它向___的压力（填“内”或“外”）.(3)若列车行驶的速率小于规定速度，则___轨必受到车轮对它向___的压力（填“内”或“外”）.例1、火车以某一速度v通过某弯道时，内、外轨道均不受侧压力作用，下面分析正确的是（）A.轨道半径R=v2/gB.若火车速度大于v时，外轨将受到侧压力作用，其方向平行轨道平面向外C.若火车速度小于v时，外轨将受到侧压力作用，其方向平行轨道平面向内D.当火车质量改变时，安全速率也将改变二、拱形桥1．汽车在凸形桥的最高点时，谁提供向心力？请写出对应的表达式。（设桥的半径是r，汽车的质量是m，车速为v，支持力为FN）①支持力FN________重力G②v越大，则压力_________，当v=________时，压力=0。2．汽车在凹形桥的最低点时，谁提供向心力？请写出对应的表达式。设桥的半径是r，汽车的质量是m，车速为v，支持力为FN。①支持力FN________重力G、②v越大，则压力_________。例2、有一辆质量为800kg的小汽车驶上圆弧半径为50m的拱桥。（g取10m/s2）（1）汽车到达桥顶时速度为5m/s，汽车对桥的压力是多大？（2）汽车以多大速度经过桥顶时便恰好对桥没有压力而腾空？（3）汽车对地面的压力过小是不安全的.因此从这个角度讲，汽车过桥时的速度不能过大。对于同样的车速，拱桥圆弧的半径大些比较安全，还是小些比较安全？（4）如果拱桥的半径增大到与地球半径Ｒ一样，汽车要在地面上腾空，速度要多大？（已知地球半径为6400km）三、航天器中的失重现象复习：超重的条件是什么？失重的条件是什么？完全失重的条件又是什么？1．近地做匀速圆周运动的航天器中，物体的向心力由谁提供？（1）v=时，航天员（或物体）对航天器无压力，航天员处于___________状态。（2）任何关闭了发动机又不受__________的飞行器，都是一个___________的环境。2．把航天器失重的原因说成是它离地球太远，从而摆脱了地球引力，是（填正确、错误）的。四、离心运动(1）定义：做圆周运动的物体，在合外力突然消失时，将会；如果合外力未消失，但合力不足以提供它做圆周运动所需的向心力时，将会做逐渐__________圆心的运动，这种运动叫离心运动.（2）向心运动：做圆周运动的物体，当其所受的沿径向的合外力_______于物体所需的向心力时，物体会逐渐____圆心.（3）离心现象的本质是物体惯性的表现。（4）离心运动的应用例子有：洗衣机的脱水筒和利用离心现象制作棉花糖【问题思考】结合生活实际，举出物体做离心运动的例子。在这些例子中，离心运动是有益的还是有害的？你能说出这些例子中离心运动是怎样发生的吗？2【互动探究】探究一：水平面内的圆周运动在平直轨道上匀速行驶的火车，所受合外力为零，在火车转弯时，什么力提供向心力呢？在火车转弯处，让外轨高于内轨，如图1所示，转弯时所需向心力由重力和弹力的合力提供．若轨道水平，转弯时所需向心力应由外轨对车轮的挤压力提供，而这样对车轨会造成损坏．车速大时，容易出事故．设车轨间距为L，两轨高度差为h，车转弯半径为R，质量为M的火车运行时应当有多大的速度？根据三角形边角关系知sinθ＝hL，对火车的受力情况分析得tanθ＝FMg.因为θ角很小，所以sinθ≈tanθ，故hL＝FMg，所以向心力F＝hLMg.又因为F＝Mv2/R，所以车速v＝ghRL.由于铁轨建成后h、L、R各量是确定的，故火车转弯时的车速应是一个定值，否则将对铁轨有不利影响，如：情况v车ghRLv车ghRL合力F与F向的关系FF向FF向不利影响火车挤压外轨火车挤压内轨结果外轨对车轮的弹力补充向心力内轨对车轮的弹力抵消合力2.静摩擦力作用下的圆周运动静摩擦力的特点是根据物体运动改变大小，变换方向．有人把静摩擦力的这一特点称为“适应性”．由于静摩擦力这一特点的存在导致在许多问题中出现了临界问题．处理这类问题的关键是分析出静摩擦力的变化，从而结合其他力分析出向心力的变化，以确定圆周运动的其他物理量的变化范围．【例1】：在一宽阔的马路上，司机驾驶着汽车匀速行驶，突然发现前方有一条很宽很长的河，试分析说明他是紧急刹车好还是转弯好？(设汽车转弯时做匀速圆周运动，最大静摩擦力与滑动摩擦力相等)．设汽车的质量为m，车轮与地面的动摩擦因数为μ，刹车时汽车的速度为v，刹车距离为x.若汽车刹车，则有μmg＝ma,0－v2＝－2ax.所以x＝v22μg；若汽车转弯，则有μmg＝mv2R.所以R＝v2μg.可见R＝2x，司机还是采取刹车较好．答案：刹车较好探究二：汽车过桥问题当汽车以相同的速率分别行驶在凸形桥的最高点和凹形桥的最低点时，汽车对桥的压力的区别如下表所示.【当堂检测】1．(A)汽车在水平面上转弯时，所需的向心力由下列那些力提供的：（）A.发动机的牵引力B.重力和支持力的合力C.地面施加的侧向静摩擦力D.地面的支持力2．(A)列车轨道在转弯处外轨高于内轨，其高度差由转弯半径与火车速度确定。若在某转弯处规定行驶速度为v，则下列说法中正确的是：（）①当以速度v通过此弯路时，火车重力与轨道面支持力的合力提供向心力②当以速度v通过此弯路时，火车重力、轨道面支持力和外轨对轮缘侧弹向力的合力提供向心力③当速度大于v时，轮缘侧向挤压外轨④当速度小于v时，轮缘侧向挤压外轨A.①③B.①④C.②③D.②④3．(A)如图6-8-6所示，汽车以速度V通过一半圆形拱桥的顶点时，关于汽车受力的说法正确的是（）A.汽车受重力、支持力、向心力B.汽车受重力、支持力、牵引力、摩擦力、向心力C.重力提供汽车的向心力D.汽车的重力和支持力的合力提供向心力4：(C)一辆质量m=2.0t的小轿车，驶过半径R=90m的一段圆弧形桥面，重力加速度g=10m／s2．求：(1)若桥面为凹形，汽车以20m／s的速度通过桥面最低点时，对桥面压力是多大?(2)若桥面为凸形，汽车以l0m／s的速度通过桥面最高点时，对桥面压力是多大?(3)汽车以多大速度通过凸形桥面顶点时，对桥面刚好没有压力【作业布置】预习下节导学案内容项目凸形桥凹形桥受力分析图以a方向为正方向根据牛顿第二定律列方程mg－FN1＝mv2rFN1＝mg－mv2rFN2－mg＝mv2rFN2＝mg＋mv2r牛顿第三定律FN1′＝FN1＝mg－mv2rFN2′＝FN2＝mg＋mv2r讨论v增大，FN1′减小；当v增大到gr时，FN1′＝0v增大，FN2′增大，只要v≠0，FN1FN2