2019高中物理 第二章3 圆周运动的实例分析 4 圆周运动与人类文明(选学)学案 教科版必修2.doc
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1、13 3 圆周运动的实例分析圆周运动的实例分析 4 4 圆周运动与人类文明圆周运动与人类文明( (选学选学) )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.3.列举实例,了解圆周运动在人类文明进程中的广泛应用,认识到圆周运动对人类文明发展的重大影响一、汽车过拱形桥1.受力分析(如图 1)图 12向心力:FmgNm.v2 r3对桥的压力:Nmg.mv2 r4结论:汽车对桥的压力小于汽车的重力,而且汽车速度越大,对桥的压力越小二、 “旋转秋千”圆锥摆1物理模型:细线下面悬挂一个钢球,使钢球在某个水
2、平面内做匀速圆周运动,悬线旋转形成一个圆锥面,这种装置叫圆锥摆2.向心力来源:由重力和悬线拉力的合力提供(如图 2)图 2由F合mgtan m2r,rlsin 得:g lcos 周期T2.2 lcos g3结论:悬线与中心轴的夹角跟“旋转秋千”的角速度和悬线长有关,与所乘坐人的体2重无关在悬线长一定的情况下,角速度越大则悬线与中心轴的夹角也越大(小于 90)三、火车转弯1运动特点:火车转弯时实际是在做圆周运动,因而具有向心加速度,由于其质量巨大,所以需要很大的向心力2向心力来源(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)内外轨有高度差,依据规定的行驶
3、速度行驶,转弯时向心力几乎完全由重力G和支持力N的合力提供四、离心运动1定义:在做圆周运动时,由于合外力提供的向心力消失或不足,以致物体沿圆周运动的切线方向飞出或远离圆心而去的运动叫做离心运动2离心机械:利用离心运动的机械叫做离心机械常见的离心机械有洗衣机的脱水筒、离心机1判断下列说法的正误(1)汽车行驶经过凸形桥顶部时,对桥面的压力等于车重()(2)汽车行驶经过凹形桥底部时,对桥面的压力大于车重()(3)铁路的弯道处,内轨高于外轨()(4)火车驶过弯道时,火车对轨道一定没有侧向压力()(5)做离心运动的物体可以沿半径方向运动()2.飞机由俯冲转为拉起的一段轨迹可看成一段圆弧,如图 3 所示,
4、飞机做俯冲拉起运动时,在最低点附近做半径为r180 m 的圆周运动,如果飞行员质量m70 kg,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为_(g取 10 m/s2)图 3答案 4 589 N解析 飞机经过最低点时,v360 km/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G和座椅的支持力N两个力的作用,根据牛顿第二定律得Nmgm,所以Nmgm7010 N70 N4 589 N,由v2 rv2 r1002 180牛顿第三定律得,飞行员对座椅的压力为 4 589 N.3一、汽车过拱形桥如图 4 甲、乙为汽车在凸形桥、凹形桥上行驶的示意图,汽车
5、行驶时可以看做圆周运动图 4(1)如图甲,汽车行驶到拱形桥的桥顶时:什么力提供向心力?汽车对桥面的压力有什么特点?汽车对桥面的压力与车速有什么关系?汽车安全通过拱桥顶(不脱离桥面)行驶的最大速度是多大?(2)如图乙当汽车行驶到凹形桥的最底端时,什么力提供向心力?汽车对桥面的压力有什么特点?答案 (1)当汽车行驶到凸形桥的桥顶时,重力与支持力的合力提供向心力,即mgNm;此时汽车对桥面的压力Nmgm,即汽车对桥面的压力小于汽车的重力,汽车处v2 Rv2 R于失重状态由Nmgm可知,当汽车的速度增大时,汽车对桥面的压力减小,当汽车对桥面的v2 R压力为零时,汽车的重力提供向心力,此时汽车的速度达到
6、最大,由mgm,得vm2 Rvm,如果汽车的速度超过此速度,汽车将离开桥面gR(2)当汽车行驶到凹形桥的最底端时,重力与支持力的合力提供向心力,即Nmgm;此v2 R时汽车对桥面的压力Nmgm,即汽车对桥面的压力大于汽车的重力,汽车处于超重v2 R状态,并且汽车的速度越大,汽车对桥面的压力越大1汽车过拱形桥(如图 5)4图 5汽车在最高点满足关系:mgNm,即Nmgm.v2 Rv2 R(1)当 0vv0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
7、速度vmr2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F合m),它们与圆盘之间的最大静摩擦力均为正压力的倍,两物体用一根长为L(LL2CL1L2,B 正确【考点】竖直面内的圆周运动分析【题点】汽车过桥问题考点三 离心运动6.(多选)如图 4 所示,在匀速转动的洗衣机脱水筒内壁上,有一件湿衣服随圆筒一起转动而未滑动,则( )图 4A衣服随脱水筒做圆周运动的向心力由衣服的重力提供B水会从脱水筒甩出是因为水滴受到的向心力很大C加快脱水筒转动角速度,衣服对筒壁的压力也增大D加快脱水筒转动角速度,脱水效果会更好答案 CD解析 衣服受到竖直向下的重力、竖直
8、向上的静摩擦力、指向圆心的支持力,重力和静摩擦力是一对平衡力,大小相等,向心力是由支持力提供的,A 错误;脱水筒转动角速度增大以后,支持力增大,衣服对筒壁的压力也增大,C 正确;对于水而言,衣服对水滴的附着力提供其做圆周运动的向心力,说水滴受向心力本身就不正确,B 错误;随着脱水筒转动角速度的增加,需要的向心力增加,当附着力不足以提供需要的向心力时,衣服上的水滴将做离心运动,故脱水筒转动角速度越大,脱水效果会越好,D 正确17【考点】离心运动问题【题点】生活中的离心运动7.无缝钢管的制作原理如图 5 所示,竖直平面内,管状模型置于两个支撑轮上,支撑轮转动时通过摩擦力带动管状模型转动,铁水注入管
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