4．生活中的圓周運(yùn)動(dòng)核心素養(yǎng)定位物理觀(guān)念(1)了解生活中的各種圓周運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象．(2)知道航天器中的失重現(xiàn)象．(3)知道離心運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的原因．科學(xué)思維(1)能根據(jù)所學(xué)知識(shí)分析生活中的各種圓周運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象．(2)會(huì)分析火車(chē)(汽車(chē))轉(zhuǎn)彎、汽車(chē)過(guò)凸形橋和凹形路面時(shí)的有關(guān)問(wèn)題．科學(xué)態(tài)度與責(zé)任觀(guān)察生活中的離心現(xiàn)象，了解其在生活中的應(yīng)用，并知道離心運(yùn)動(dòng)所帶來(lái)的危害；能體會(huì)物理學(xué)的技術(shù)應(yīng)用對(duì)日常生活的影響．導(dǎo)學(xué)·掌握必備知識(shí)共研·突破關(guān)鍵能力精煉·落實(shí)學(xué)科素養(yǎng)導(dǎo)學(xué)·掌握必備知識(shí)

向心2．火車(chē)轉(zhuǎn)彎時(shí)向心力的來(lái)源分析(1)若轉(zhuǎn)彎時(shí)內(nèi)外軌一樣高，火車(chē)轉(zhuǎn)彎時(shí)，外側(cè)車(chē)輪的輪緣擠壓________，火車(chē)的向心力由外軌對(duì)車(chē)輪輪緣的________提供(如圖甲所示)，由于火車(chē)的質(zhì)量很大，轉(zhuǎn)彎所需的向心力很大，鐵軌和車(chē)輪極易受損．(2)若轉(zhuǎn)彎時(shí)外軌略高于內(nèi)軌，根據(jù)轉(zhuǎn)彎處軌道的半徑和規(guī)定的行駛速度，適當(dāng)調(diào)整內(nèi)外軌的高度差，使轉(zhuǎn)彎時(shí)所需的向心力由________和________的合力提供，從而減輕外軌與輪緣的擠壓(如圖乙所示)．合力方向沿水平方向外軌彈力重力G支持力FN二、汽車(chē)過(guò)拱形橋項(xiàng)目汽車(chē)過(guò)凸形橋汽車(chē)過(guò)凹形橋受力分析項(xiàng)目汽車(chē)過(guò)凸形橋汽車(chē)過(guò)凹形橋向心力對(duì)橋的壓力F′N(xiāo)＝________F′N(xiāo)＝________結(jié)論汽車(chē)對(duì)橋的壓力小于汽車(chē)的重力，而且汽車(chē)速度越大，對(duì)橋的壓力________汽車(chē)對(duì)橋的壓力大于汽車(chē)的重力，而且汽車(chē)速度越大，對(duì)橋的壓力________mg－FNFN－mg

越小越大

完全失重四、離心運(yùn)動(dòng)1．定義：做圓周運(yùn)動(dòng)的物體沿著________飛出或做逐漸遠(yuǎn)離圓心的運(yùn)動(dòng)．

不是沿半徑向外2．原因：向心力突然________或合力不足以提供____________．3．離心運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用和防止(1)應(yīng)用：洗衣機(jī)的脫水筒；離心干燥器；離心制管技術(shù)；分離血漿和紅細(xì)胞的離心機(jī)．(2)防止：轉(zhuǎn)動(dòng)的砂輪、飛輪的轉(zhuǎn)速不能太高；在公路彎道，車(chē)輛不允許超過(guò)___________．切線(xiàn)方向消失所需的向心力規(guī)定的速度【情境思考】如圖所示，由上海飛往美國(guó)洛杉磯的飛機(jī)在飛越太平洋上空的過(guò)程中，如果保持飛行速度的大小和距離海平面的高度均不變，飛機(jī)上的乘客對(duì)座椅的壓力等于其重力嗎？

1

教材思考與討論如圖所示，高速公路轉(zhuǎn)彎處和場(chǎng)地自行車(chē)賽道，路面往往有一定的傾斜度，車(chē)以較大速度行駛時(shí)，利用重力mg與支持力FN的合力提供向心力，減小車(chē)輪與路面間的徑向摩擦力以防側(cè)滑．

共研·突破關(guān)鍵能力目標(biāo)一火車(chē)轉(zhuǎn)彎問(wèn)題分析【導(dǎo)思】圖甲為摩托車(chē)在水平道路上轉(zhuǎn)彎，圖乙為火車(chē)轉(zhuǎn)彎，圖丙為火車(chē)輪緣與鐵軌．摩托車(chē)和火車(chē)轉(zhuǎn)彎提供向心力的方式一樣嗎？鐵路彎道處鐵軌有什么特點(diǎn)？提示：提供向心力的方式不一樣，摩托車(chē)轉(zhuǎn)彎時(shí)由摩擦力提供向心力，火車(chē)轉(zhuǎn)彎時(shí)由支持力在水平方向上的分力提供向心力．火車(chē)質(zhì)量太大，輪緣與外軌間的相互作用力太大，鐵軌和車(chē)輪極易受損，需要設(shè)置特別的軌道，使外軌高于內(nèi)軌，使火車(chē)受到的重力與支持力的合力提供向心力．【歸納】1．轉(zhuǎn)彎軌道特點(diǎn)(1)火車(chē)轉(zhuǎn)彎時(shí)重心高度不變，軌道是圓弧，軌道圓面在水平面內(nèi)．(2)轉(zhuǎn)彎軌道外高內(nèi)低，這樣的設(shè)計(jì)使火車(chē)受到的支持力向內(nèi)側(cè)發(fā)生傾斜，以提供火車(chē)做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力．

【典例】例1有一列重為100t的火車(chē)，以72km/h的速率通過(guò)一個(gè)內(nèi)外軌一樣高的彎道，軌道半徑為400m，g取10m/s2.(1)試計(jì)算鐵軌受到的側(cè)壓力．(2)如圖所示，若要使火車(chē)以此速率通過(guò)彎道，且使鐵軌受到的側(cè)壓力為零，我們可以適當(dāng)傾斜路基，試計(jì)算路基傾斜角度θ的正切值．

答案：BD

規(guī)律方法車(chē)輛轉(zhuǎn)彎問(wèn)題的分析方法求解車(chē)輛轉(zhuǎn)彎問(wèn)題的關(guān)鍵是對(duì)向心力的分析與求解．合理建立“車(chē)輛轉(zhuǎn)彎”情景模型，要把握如下幾點(diǎn)．(1)火車(chē)或汽車(chē)以適當(dāng)速度通過(guò)“外高內(nèi)低”的彎道時(shí)，由重力與支持力的合力提供向心力，其合力沿水平方向指向圓心．(2)火車(chē)在水平彎道上轉(zhuǎn)彎時(shí)，鐵軌對(duì)輪緣的彈力提供向心力．(3)汽車(chē)在水平路面上轉(zhuǎn)彎時(shí)，摩擦力提供向心力．目標(biāo)二汽車(chē)過(guò)拱形橋航天器中的失重現(xiàn)象【導(dǎo)思】(選自魯科版新教材“迷你實(shí)驗(yàn)室”)(1)用兩根鐵絲彎成如圖所示的凹凸橋．首先，把一個(gè)小球放在凹橋底部A處，調(diào)節(jié)兩軌間的距離，使球剛好不掉下去，但稍加一點(diǎn)兒壓力，球就會(huì)撐開(kāi)兩軌下落．然后，讓球從斜軌滾下．當(dāng)球經(jīng)過(guò)凹橋底部A處時(shí)，你觀(guān)察到了什么？說(shuō)明了什么？(2)把凹橋下面的搭鉤扣上，并調(diào)整凸橋頂端B處兩軌間的距離，使小球在B處放置時(shí)，剛好能在此處撐開(kāi)兩軌下落．然后，讓小球從斜軌滾下．當(dāng)球經(jīng)過(guò)凸橋頂端B處時(shí)，你又觀(guān)察到了什么？說(shuō)明了什么？提示：(1)小球經(jīng)過(guò)凹橋底部時(shí)從兩軌間掉了下去，說(shuō)明運(yùn)動(dòng)的小球?qū)Π紭虻撞康膲毫Υ笥陟o止時(shí)的壓力．(2)小球運(yùn)動(dòng)到凸橋頂端時(shí)沒(méi)有落下，說(shuō)明運(yùn)動(dòng)的小球?qū)ν箻蝽敹说膲毫π∮陟o止時(shí)的壓力．

【典例】例3鄉(xiāng)間公路在通過(guò)小型水庫(kù)泄洪閘的下游時(shí)常常修成凹形路面，也叫“過(guò)水路面”．現(xiàn)有一“過(guò)水路面”的圓弧半徑為50m，一輛質(zhì)量為800kg的小汽車(chē)駛過(guò)“過(guò)水路面”．如圖所示，當(dāng)小汽車(chē)通過(guò)“過(guò)水路面”的最低點(diǎn)時(shí)速度為5m/s，g取10m/s2，則此時(shí)汽車(chē)對(duì)路面的壓力為多大？

例

4[2023·北京師大附中高一期末]有一輛質(zhì)量為800kg的小汽車(chē)駛上圓弧半徑為50m的拱橋，如圖所示．取g＝10m/s2，求：(1)若汽車(chē)到達(dá)橋頂時(shí)速度為5m/s，橋?qū)ζ?chē)的支持力的大?。?2)若汽車(chē)經(jīng)過(guò)橋頂時(shí)恰好對(duì)橋頂沒(méi)有壓力而騰空，汽車(chē)此時(shí)的速度大?。?3)已知地球半徑R＝6400km，現(xiàn)設(shè)想一輛沿赤道行駛的汽車(chē)，若不考慮空氣的影響，也不考慮地球自轉(zhuǎn)，那它開(kāi)到多快時(shí)就可以“飛”起來(lái)．此時(shí)駕駛員對(duì)座椅的壓力是多大？駕駛員處于什么狀態(tài)？

目標(biāo)三對(duì)離心運(yùn)動(dòng)的理解【導(dǎo)思】鏈球比賽中，運(yùn)動(dòng)員放手后，原本高速旋轉(zhuǎn)的鏈球會(huì)飛出；雨天，當(dāng)你旋轉(zhuǎn)雨傘時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)水滴沿著傘的邊緣切線(xiàn)飛出．(1)鏈球飛出后受幾個(gè)力？(2)你能說(shuō)出水滴沿著傘的邊緣切線(xiàn)飛出的原因嗎？(3)物體做離心運(yùn)動(dòng)的條件是什么？提示：(1)重力和空氣阻力．(2)旋轉(zhuǎn)雨傘時(shí)，雨滴也隨著運(yùn)動(dòng)起來(lái)，但傘面上的雨滴受到的合力不足以提供其做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，雨滴由于慣性要保持其原來(lái)的速度方向而沿切線(xiàn)方向飛出．(3)向心力突然消失或物體受到的合力不足以提供其運(yùn)動(dòng)所需的向心力．【歸納】1．離心運(yùn)動(dòng)的實(shí)質(zhì)物體逐漸遠(yuǎn)離圓心的運(yùn)動(dòng)，本質(zhì)是物體慣性的體現(xiàn)，從受力情況看是向心力不足．2．四種運(yùn)動(dòng)情況的判斷如圖所示，根據(jù)物體所受合外力與所需向心力的關(guān)系，可進(jìn)行如下判斷．【典例】例5如圖所示，摩托車(chē)比賽中，騎手為了快速通過(guò)水平彎道，經(jīng)常將車(chē)身壓向內(nèi)側(cè)，俗稱(chēng)壓彎．將摩托車(chē)過(guò)彎道看成圓周運(yùn)動(dòng)，下列說(shuō)法正確的是(

)A．摩托車(chē)過(guò)彎道時(shí)所需的向心力由地面的支持力提供B．摩托車(chē)過(guò)彎道時(shí)受到的重力和支持力的合力提供向心力C．摩托車(chē)過(guò)彎道的速度越大，所需的向心力越小D．摩托車(chē)過(guò)彎道時(shí)速度過(guò)大，摩托車(chē)會(huì)沖向賽道外側(cè)答案：D

例

6[2023·江蘇高一聯(lián)考]一質(zhì)量為2.0×103kg的汽車(chē)在水平公路上行駛，路面對(duì)輪胎的徑向最大靜摩擦力為1.4×104N．當(dāng)汽車(chē)經(jīng)過(guò)半徑為80m的水平彎道時(shí)，下列判斷正確的是(

)A．汽車(chē)轉(zhuǎn)彎時(shí)所受的力有重力、彈力、摩擦力和向心力B．汽車(chē)轉(zhuǎn)彎的速度為20m/s時(shí)所需的向心力為1.4×104NC．汽車(chē)轉(zhuǎn)彎的速度為20m/s時(shí)汽車(chē)會(huì)發(fā)生側(cè)滑D．汽車(chē)能安全轉(zhuǎn)彎的向心加速度不超過(guò)7.0m/s2答案：D

教你解決問(wèn)題題干要點(diǎn)信息提取“水平公路上行駛”重力與支持力等大反向“最大靜摩擦力為1.4×104N”摩擦力提供向心力，最大值為1.4×104N“汽車(chē)經(jīng)過(guò)半徑為80m的彎道時(shí)”圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為80m精煉·落實(shí)學(xué)科素養(yǎng)1．[2023·河北邯鄲高一檢測(cè)]下列措施不屬于防止離心現(xiàn)象造成危害的是(

)答案：A解析：公路上的減速帶是為了防止汽車(chē)超速而產(chǎn)生危險(xiǎn)，不屬于防止離心現(xiàn)象造成危害；砂輪外側(cè)加防護(hù)罩是為了避免砂輪轉(zhuǎn)速過(guò)大發(fā)生離心現(xiàn)象而分裂飛出；鏈球運(yùn)動(dòng)場(chǎng)地安裝防護(hù)網(wǎng)是為了防止鏈球離心飛出而造成危害；彎道限速是為了防止汽車(chē)車(chē)速過(guò)大發(fā)生離心現(xiàn)象，造成翻車(chē)或側(cè)滑．故選A.2.(多選)如圖所示，航天員在圍繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的空間站中處于完全失重狀態(tài)，下列說(shuō)法正確的是(

)A．航天員仍受重力的作用B．航天員受力平衡C．航天員所受重力等于所需的向心力D．航天員不受重力的作用答案：AC解析：做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的空間站中的航天員，所受重力全部提供其做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，處于完全失重狀態(tài)，并非航天員不受重力作用，A、C正確，B、D錯(cuò)誤．3．(多選)火車(chē)在鐵軌上轉(zhuǎn)彎可以視為做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，火車(chē)速度提高易使外軌受損．為解決火車(chē)高速轉(zhuǎn)彎時(shí)使外軌受損這一難題，你認(rèn)為理論上可行的措施是(

)A．減小彎道半徑B．增大彎道半徑C.適當(dāng)減小內(nèi)外軌道的高度差D