2019高中物理 第五章 曲线运动 7 生活中的圆周运动学案 新人教版必修2.doc
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1、17 7 生活中的圆周运动生活中的圆周运动学习目标 1.会分析具体圆周运动问题中向心力的来源,能解决生活中的圆周运动问题.2.了解航天器中的失重现象及原因.3.了解离心运动及物体做离心运动的条件,知道离心运动的应用及危害.一、铁路的弯道1.火车在弯道上的运动特点火车在弯道上运动时做圆周运动,具有向心加速度,由于其质量巨大,因此需要很大的向心力.2.转弯处内外轨一样高的缺点如果转弯处内外轨一样高,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.3.铁路弯道的特点(1)转弯处外轨略高于内轨.(2)铁轨对火车的支持力不是竖直向上的,而是斜向弯道的内侧.(3)铁轨对火车的支持力与火车所受重力的
2、合力指向轨道的圆心,它提供了火车以规定速度行驶时的向心力.二、拱形桥汽车过凸形桥汽车过凹形桥受力分析向心力FnmgFNmv2 rFnFNmgmv2 r对桥的压力FNmgmv2 rFNmgmv2 r结论汽车对桥的压力小于汽车的重力,而且汽车速度越大,对桥的压力越小汽车对桥的压力大于汽车的重力,而且汽车速度越大,对桥的压力越大三、航天器中的失重现象1.向心力分析:宇航员受到的地球引力与座舱对他的支持力的合力提供向心力,mgFNm2,所以FNmgm.v2 rv2 r2.完全失重状态:当v时,座舱对宇航员的支持力FN0,宇航员处于完全失重状态.rg四、离心运动1.定义:做圆周运动的物体沿切线飞出或做逐
3、渐远离圆心的运动.2.原因:向心力突然消失或合力不足以提供所需的向心力.3.离心运动的应用和防止(1)应用:离心干燥器;洗衣机的脱水筒;离心制管技术.(2)防止:汽车在公路转弯处必须限速行驶;转动的砂轮、飞轮的转速不能太高.1.判断下列说法的正误.(1)铁路的弯道处,内轨高于外轨.( )(2)汽车行驶至凸形桥顶部时,对桥面的压力等于车重.( )(3)汽车行驶至凹形桥底部时,对桥面的压力大于车重.( )(4)绕地球做匀速圆周运动的航天器中的宇航员处于完全失重状态,故不再受重力.( )(5)航天器中处于完全失重状态的物体所受合力为零.( )(6)做离心运动的物体可以沿半径方向向外运动.( )2.飞
4、机由俯冲转为拉起的一段轨迹可看成一段圆弧,如图 1 所示,飞机做俯冲拉起运动时,在最低点附近做半径为r180m 的圆周运动,如果飞行员质量m70kg,飞机经过最低点P时的速度v360 km/h,则这时飞行员对座椅的压力大小约为_.(g取 10 m/s2)图 1答案 4589N解析 飞机经过最低点时,v360km/h100 m/s.对飞行员进行受力分析,飞行员在竖直面内共受到重力mg和座椅的支持力FN两个力的作用,根据牛顿第二定律得FNmgm,所以v2 rFNmgm7010N70N4589N,由牛顿第三定律得,飞行员对座椅的压力为v2 r1002 1804589N.【考点】向心力公式的简单应用【
5、题点】竖直面内圆周运动中的动力学问题3一、火车转弯问题设火车转弯时的运动为匀速圆周运动.(1)如果铁路弯道的内外轨一样高,火车在转弯时的向心力由什么力提供?会导致怎样的后果?(2)实际上在铁路的弯道处外轨略高于内轨,试从向心力的来源分析这样做的优点.(3)当轨道平面与水平面之间的夹角为,转弯半径为R时,火车行驶速度多大轨道才不受挤压?(重力加速度为g)(4)当火车行驶速度vv0时,轮缘受哪个轨道的压力?当火车行驶速度vv0时,重力和支持力的合力提供的向心力不足,此时外gRtan侧轨道对轮缘有向里的侧向压力;当火车行驶速度vv0时,外轨道对轮缘有侧压力.(3)当火车行驶速度v时,汽车将脱离桥面做
6、平抛运动,发生危险.gR说明:汽车通过拱形桥的最高点时,向心加速度向下,汽车对桥的压力小于其自身的重力,而且车速越大,压力越小,此时汽车处于失重状态.(2)汽车过凹形桥(如图 7)图 7汽车在最低点满足关系:FNmg,即FNmg.mv2 Rmv2 R说明:汽车通过凹形桥的最低点时,向心加速度向上,而且车速越大,压力越大,此时汽车处于超重状态.由于汽车对桥面的压力大于其自身重力,故凹形桥易被压垮,因而实际中拱形桥多于凹形桥.2.绕地球做圆周运动的卫星、飞船、空间站处于完全失重状态.(1)质量为M的航天器在近地轨道运行时,航天器的重力提供向心力,满足关系:MgM,则v.v2 RgR(2)质量为m的
7、航天员:航天员的重力和座舱对航天员的支持力的合力提供向心力,满足关系:mgFN.mv2 R当v时,FN0,即航天员处于完全失重状态.gR(3)航天器内的任何物体都处于完全失重状态.例 2 在较大的平直木板上相隔一定距离钉几个钉子,将三合板弯曲成拱桥形卡入钉子内形成拱形桥,三合板上表面事先铺上一层牛仔布以增大摩擦,这样玩具惯性车就可以在桥面上跑起来了.把这套系统放在电子秤上做实验,如图 8 所示,关于实验中电子秤的示数下列说法正确的是( )图 8A.玩具车静止在拱形桥顶端时的示数小一些8B.玩具车运动通过拱形桥顶端时的示数大一些C.玩具车运动通过拱形桥顶端时处于超重状态D.玩具车运动通过拱形桥顶
8、端时速度越大(未离开拱形桥),示数越小答案 D解析 玩具车运动到最高点时,受向下的重力和向上的支持力作用,根据牛顿第二定律有mgFNm,即FNmgmmr2或F合,物体做半径变小的近心运动,即“提供过度” ,也就是“提供”mv2 r大于“需要”.若 0L2C.L1L2D.前三种情况均有可能答案 B【考点】竖直面内的圆周运动分析【题点】汽车过桥问题7.(多选)一个质量为m的物体(体积可忽略),在半径为R的光滑半球顶点处以水平速度v0运动,如图 5 所示,则下列说法正确的是( )图 5A.若v0,则物体对半球顶点无压力gRB.若v0,则物体对半球顶点的压力为mg1 2gR1 2C.若v00,则物体对
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