高中物理5-7生活中的圓周運(yùn)動(dòng)55張
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鐵路和高速公路的轉(zhuǎn)彎處以及賽車場的環(huán)形車道,為什么路面總是傾斜的——外側(cè)高、內(nèi)側(cè)低(如下圖所示)?,1.火車轉(zhuǎn)彎時(shí)實(shí)際是在做_______,因而具有________. 2.在修筑鐵路時(shí),要根據(jù)轉(zhuǎn)彎處__________和規(guī)定的________,適當(dāng)選擇內(nèi)外軌的________,使轉(zhuǎn)彎時(shí)所需的________完全由重力G和__________的合力F來提供(如圖所示).這樣,外軌就不受____________.,3.離心運(yùn)動(dòng)有很多應(yīng)用,離心干燥器就是利用________________________________的裝置. 4.在水平公路上行駛的汽車,轉(zhuǎn)彎時(shí)所需的向心力是由________________________提供的,如果轉(zhuǎn)彎時(shí)速度過大,所需向心力F大于________________________,汽車將做________而造成交通事故.因此,在公路彎道處,車輛行駛不允許超過__________.,答案:1.圓周運(yùn)動(dòng) 向心加速度 2.軌道的半徑 行駛速度 高度差 向心力 支持力FN 輪緣的擠壓了 3.離心運(yùn)動(dòng)把附著在物體上的水分甩掉 4.車輪與路面間的靜摩擦力 最大靜摩擦力Fmax 離心運(yùn)動(dòng) 規(guī)定的速度,分析清楚向心力的來源是解決圓周運(yùn)動(dòng)問題的關(guān)鍵. (1)當(dāng)物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí),物體所受的合力始終指向圓心,提供向心力. (2)物體做變速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí),它所受的合力不一定就是向心力,但在某些特殊位置,合力也可能就是向心力.,(1)鐵路的彎道 ①轉(zhuǎn)彎處外軌道略高于內(nèi)軌,使火車轉(zhuǎn)彎時(shí)所需的向心力幾乎完全由支持力和重力的合力來提供.如圖所示.,②轉(zhuǎn)彎處限速 軌道橫向壓力等于零時(shí)的速度.向心力全部由重力與軌道支持力的合力提供,數(shù)值由關(guān)系式mgtanθ=mv02/r決定. 討論:a:當(dāng)火車行駛速率v等于規(guī)定速度v0時(shí),內(nèi)、外軌道對輪緣都沒有側(cè)壓力. b:當(dāng)火車行駛速度v大于規(guī)定速度v0時(shí),火車有離心運(yùn)動(dòng)趨勢,故外軌道對輪緣有側(cè)壓力. c:當(dāng)火車行駛速度v小于規(guī)定速度v0時(shí),火車有向心運(yùn)動(dòng)趨勢,故內(nèi)軌道對輪緣有側(cè)壓力.,特別提醒: 汽車、摩托車賽道拐彎處,高速公路轉(zhuǎn)彎處設(shè)計(jì)成外高內(nèi)低,也是盡量使車受到的重力和支持力的合力提供向心力,以減小車輪受到地面施加的側(cè)向擠壓.,(2)拱形橋 ①凸形橋,②凹形橋,(2011·合肥一中高一檢測)俗話說,養(yǎng)兵千日,用兵一時(shí).近年來我國軍隊(duì)進(jìn)行了多種形式的軍事演習(xí).如圖所示,在某次軍事演習(xí)中,一輛戰(zhàn)車以恒定的速度在起伏不平的路面上行進(jìn),則戰(zhàn)車在哪一點(diǎn)對路面的壓力最大( ),A.A點(diǎn) B.B點(diǎn) C.C點(diǎn) D.D點(diǎn) 答案:B,航天器繞地心做勻速圓周運(yùn)動(dòng),若引力完全提供其做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力,則航天器處于完全失重狀態(tài). 任何關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)且不受阻力的飛行器中,都是完全失重的環(huán)境,例如,向空中任何方向拋出的容器,不計(jì)阻力,其中的所有物體都處于完全失重狀態(tài).,(1)定義:做圓周運(yùn)動(dòng)的物體,在合力突然消失或者合力不足以提供它做圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力時(shí),物體將做逐漸遠(yuǎn)離圓心的運(yùn)動(dòng),這種運(yùn)動(dòng)叫離心運(yùn)動(dòng). (2)離心運(yùn)動(dòng)的受力特點(diǎn):物體做離心運(yùn)動(dòng)并不是物體受到離心力作用,而是由于外力不能提供足夠的向心力.所謂“離心力”也是由效果命名的,實(shí)際并不存在.,(3)合外力與向心力的關(guān)系(如圖),(4)離心運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用和危害 ①利用離心運(yùn)動(dòng)制成離心機(jī)械.例如離心干燥器、洗衣機(jī)的脫水筒和離心轉(zhuǎn)速計(jì)等等. ②在水平公路上行駛的汽車,轉(zhuǎn)彎時(shí)所需的向心力是由車輪與路面間的靜摩擦力提供的.如果轉(zhuǎn)彎時(shí)速度過大,所需向心力F很大,大于最大靜摩擦力Fmax,汽車將做離心運(yùn)動(dòng)而造成交通事故.因此,在轉(zhuǎn)彎處,為防止離心運(yùn)動(dòng)造成危害:一是限定車輛的轉(zhuǎn)彎速度;二是把路面筑成外高內(nèi)低的斜坡以增大向心力.,③高速轉(zhuǎn)動(dòng)的砂輪、飛輪等,都不得超過允許的最大轉(zhuǎn)速,以防止其內(nèi)部分子間相互作用力不足以提供所需向心力,離心運(yùn)動(dòng)會(huì)使它們破裂.,有一種叫做“魔盤”的娛樂設(shè)施,如圖所示.當(dāng)魔盤快速旋轉(zhuǎn)時(shí),進(jìn)入魔盤上的人前仰后翻、甚是有趣.若你進(jìn)入魔盤隨盤轉(zhuǎn)動(dòng)而不至于摔倒,你將如何去做?你的受力情況如何?,答案:人在魔盤上摔倒的原因是魔盤轉(zhuǎn)速大.人所需向心力較大,而魔盤對人的最大靜摩擦力有限,不能提供足夠的向心力,若不摔倒,由Fn=mω2r可知,進(jìn)入魔盤的內(nèi)側(cè)即可滿足向心力的需要.此時(shí)受到的力有重力、支持力、盤對人的靜摩擦力,靜摩擦力方向指向圓心.,鐵路轉(zhuǎn)彎處的圓弧半徑是300m,軌距是1.435m,規(guī)定火車通過這里的速度是72km/h,內(nèi)外軌的高度差應(yīng)該是多大,才能使鐵軌不受輪緣的擠壓?保持內(nèi)外軌的這個(gè)高度差,如果車的速度大于或小于72km/h,會(huì)分別發(fā)生什么現(xiàn)象?說明理由.,解析:火車在轉(zhuǎn)彎時(shí)所需的向心力在“臨界”狀況時(shí)由火車所受的重力和軌道對火車的支持力的合力提供.如圖所示,圖中h為內(nèi)外軌高度差,L為軌距.,(2)如果車速v<72km/h,F(xiàn)將大于需要的向心力.超出的力則由內(nèi)軌對內(nèi)側(cè)車輪緣的壓力來平衡,這樣就出現(xiàn)了內(nèi)側(cè)車輪的輪緣向外擠壓內(nèi)軌的現(xiàn)象. 點(diǎn)評:臨界值是圓周運(yùn)動(dòng)中經(jīng)??疾榈囊粋€(gè)重點(diǎn)內(nèi)容,它是物體在做圓周運(yùn)動(dòng)過程中,發(fā)生質(zhì)變的數(shù)值或使物體受力情況發(fā)生變化的關(guān)鍵數(shù)值,今后要注意對臨界值的判斷和應(yīng)用.,(2011·大慶實(shí)驗(yàn)中學(xué)高一檢測)在高速公路的拐彎處,通常路面都是外高內(nèi)低.如圖所示,在某路段汽車向左拐彎,司機(jī)左側(cè)的路面比右側(cè)的路面低一些.汽車的運(yùn)動(dòng)可看作是做半徑為R的在水平面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng).設(shè)內(nèi)外路面高度差為h,路基的水平寬度為d,路面的寬度為L.已知重力加速度為g.要使車輪與路面之間的橫向摩擦力(即垂直于前進(jìn)方向)等于零,則汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)的車速應(yīng)等于( ),答案:B,如圖所示,質(zhì)量m=2.0×104kg的汽車以不變的速率先后駛過凹形橋面和凸形橋面,兩橋面的圓弧半徑均為60m,如果橋面承受的壓力不得超過3.0×105N則:,(1)汽車允許的最大速率是多少? (2)若以所求速度行駛,汽車對橋面的最小壓力是多少?(g取10m/s2) 解析:汽車在拱橋上運(yùn)動(dòng)時(shí),對凹形橋的壓力大于其重力,而對凸形橋則壓力小于重力.由此可知,對凹形橋則存在一個(gè)允許最大速率,對凸形橋則有最小壓力.可根據(jù)圓周運(yùn)動(dòng)知識(shí),在最低點(diǎn)和最高點(diǎn)列方程求解.,答案:(1)10m/s (2)1.0×105N 點(diǎn)評:在汽車經(jīng)過拱形橋或類似的物體經(jīng)過豎直曲線做圓周運(yùn)動(dòng)的問題中,一般在軌道的最低點(diǎn)和最高點(diǎn)分析受力列方程,無論該類題目的具體內(nèi)容如何,通過分析受力,找出提供的向心力列方程求解是最基本的方法.,A.15m/s B.20m/s C.25m/s D.30m/s 答案:B,如圖,一個(gè)質(zhì)量為M的人,站在臺(tái)秤上,手拿一個(gè)質(zhì)量為m,懸線長為R的小球,在豎直平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng),且擺球正好通過圓軌的最高點(diǎn)(此時(shí)懸線的彈力為零),求小球經(jīng)過最低點(diǎn)時(shí),臺(tái)秤的示數(shù)多大?,答案:Mg+2mg 點(diǎn)評:當(dāng)球在豎直平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)到最高點(diǎn)時(shí),支持力小于整體重力,處于失重狀態(tài).當(dāng)球在豎直平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)到最低點(diǎn)時(shí),支持力大于整體重力,處于超重狀態(tài).,(2011·潮州高一檢測)宇航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),下列說法中正確的是( ) A.宇航員仍受重力的作用 B.宇航員受力平衡 C.宇航員所受重力等于所需的向心力 D.宇航員不受重力的作用 答案:AC,解析:做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的空間站中的宇航員,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),并非宇航員不受重力作用,A、C正確,B、D錯(cuò)誤.,鐵路轉(zhuǎn)彎處的彎道半徑r是根據(jù)地形決定的,彎道處要求外軌比內(nèi)軌高,其內(nèi)外軌道高度差h的設(shè)計(jì)不僅與r有關(guān),還取決于火車在彎道上的行駛速率,下表中是鐵路設(shè)計(jì)人員技術(shù)手冊中彎道半徑r及與之對應(yīng)的軌道的高度差h:,(1)據(jù)表中數(shù)據(jù),探究分析h和r關(guān)系的表達(dá)式,并求出r=440m時(shí)h的值. (2)鐵路建成后,火車通過彎道時(shí),為保證絕對安全,要求內(nèi)、外軌道均不向車輪施加側(cè)向壓力,又已知我國鐵路內(nèi)、外軌的間距設(shè)計(jì)值L=1435mm,結(jié)合表中的數(shù)據(jù),算出我國火車的軌彎速率v. (3)近幾年,人們對交通運(yùn)輸?shù)目旖萏岢隽烁叩囊?,為了提高運(yùn)輸能力,國家對鐵路不斷進(jìn)行提速,這就要求鐵路轉(zhuǎn)彎速率也需要提高.請根據(jù)上述計(jì)算原理和上述表格分析提速時(shí)應(yīng)采取怎樣的有效措施?,解析:(1)由表中數(shù)據(jù)可知,每組的h與r之積為常數(shù) hr=660×50×10-3m2=33m2, 當(dāng)r=440m時(shí),代入求得h=75mm. (2)如圖所示,內(nèi)外軌對車輪均沒有側(cè)向壓力時(shí),火車的受力如圖所示.,答案:(1)75mm (2)54km/h (3)適當(dāng)增加內(nèi)外軌的高度差,或適當(dāng)增加軌道半徑,(江西白鷺洲中學(xué)高一檢測)中央電視臺(tái)《今日說法》欄目報(bào)道了一起發(fā)生在湖南長沙某區(qū)湘府路上的離奇交通事故.家住公路拐彎處的張先生和李先生家在三個(gè)月內(nèi)連續(xù)遭遇了七次大卡車側(cè)翻在自家門口的場面,第八次有輛卡車沖撞進(jìn)李先生家,造成三死一傷和房屋嚴(yán)重?fù)p毀的血腥慘案.經(jīng)公安部門和交通部門協(xié)力調(diào)查,畫出的現(xiàn)場示意圖如圖所示.交警根據(jù)圖示作出以下判斷,你認(rèn)為正確的是( ),A.由圖可知汽車在拐彎時(shí)發(fā)生側(cè)翻是因?yàn)檐囎鲭x心運(yùn)動(dòng) B.由圖可知汽車在拐彎時(shí)發(fā)生側(cè)翻是因?yàn)檐囎鱿蛐倪\(yùn)動(dòng) C.公路在設(shè)計(jì)上可能內(nèi)(東)高外(西)低 D.公路在設(shè)計(jì)上可能外(西)高內(nèi)(東)低 答案:AC,同學(xué)們,來學(xué)校和回家的路上要注意安全,同學(xué)們,來學(xué)校和回家的路上要注意安全,- 1.請仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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