高中物理人教版 (2019)必修 第二册4 生活中的圆周运动学案

这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第二册4 生活中的圆周运动学案，共13页。学案主要包含了火车转弯，汽车过拱形桥，离心运动等内容，欢迎下载使用。

1.知道具体问题中的向心力来源．
2.掌握分析、处理生产和生活中实例的方法．
3.掌握物体在变速圆周运动中特殊点的向心力、向心加速度的求法．
知识点一、火车转弯
1．火车在弯道上的运动特点
火车在弯道上运动时实际上在做圆周运动，因而具有向心加速度，由于其质量巨大，需要很大的向心力．
图5­7­1
2．向心力的来源
(1)若转弯时内外轨一样高，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．
(2)若内外轨有高度差，依据规定的行驶速度行驶，转弯时向心力几乎完全由重力G和支持力FN的合力提供．
【探讨】
火车在铁轨上转弯可以看成是匀速圆周运动，如图所示，请思考下列问题：
重力G与支持力FN的合力F是使火车转弯的向心力
探讨1：火车转弯处的铁轨有什么特点？
【提示】火车转弯处，外轨高于内轨．
探讨2：火车转弯时速度过大或过小，会对哪侧轨道有侧压力？
【提示】火车转弯时速度过大会对轨道外侧有压力，速度过小会对轨道内侧有压力．
【点睛】
1．明确圆周平面
火车转弯处的铁轨，虽然外轨高于内轨，但整个外轨是等高的，整个内轨是等高的．因而火车在行驶的过程中，中心的高度不变，即火车中心的轨迹在同一水平面内．故火车的圆周平面是水平面，而不是斜面．即火车的向心加速度和向心力均沿水平面指向圆心．
2．受力特点
在实际的火车转弯处，外轨高于内轨，火车所受支持力的方向斜向上，其竖直分力可以与重力平衡，其水平分力可以提供向心力，或者说火车所受支持力与重力的合力可以提供向心力．
3．速度与轨道压力的关系
(1)若火车转弯时，火车所受支持力与重力的合力充当向心力，则mgtan θ＝meq \f(v\\al(2,0),R)，如图5­7­4所示，则v0＝eq \r(gRtan θ)，其中R为弯道半径，θ为轨道平面与水平面的夹角(tan θ≈eq \f(h,L)，h为内外轨高度差，L为内外轨间距)，v0为转弯处的规定速度．此时，内外轨道对火车均无挤压作用；
图5­7­4
(2)若火车行驶速度v0>eq \r(gRtan θ)，外轨对轮缘有侧压力；
(3)若火车行驶速度v0