高中物理5-7生活中的圓周運動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)彎時實際是在做_______，因而具有________． 2．在修筑鐵路時，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．離心運動有很多應(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)彎時所需的向心力是由________________________提供的，如果轉(zhuǎn)彎時速度過大，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.圓周運動 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．離心運動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 離心運動 規(guī)定的速度,分析清楚向心力的來源是解決圓周運動問題的關(guān)鍵． (1)當(dāng)物體做勻速圓周運動時，物體所受的合力始終指向圓心，提供向心力． (2)物體做變速圓周運動時，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，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，火車有離心運動趨勢，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，火車有向心運動趨勢，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．近年來我國軍隊進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，則戰(zhàn)車在哪一點對路面的壓力最大( ),A．A點 B．B點 C．C點 D．D點 答案：B,航天器繞地心做勻速圓周運動，若引力完全提供其做圓周運動的向心力，則航天器處于完全失重狀態(tài)． 任何關(guān)閉發(fā)動機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：做圓周運動的物體，在合力突然消失或者合力不足以提供它做圓周運動所需的向心力時，物體將做逐漸遠離圓心的運動，這種運動叫離心運動． (2)離心運動的受力特點：物體做離心運動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，實際并不存在．,(3)合外力與向心力的關(guān)系(如圖),(4)離心運動的應(yīng)用和危害 ①利用離心運動制成離心機械．例如離心干燥器、洗衣機的脫水筒和離心轉(zhuǎn)速計等等． ②在水平公路上行駛的汽車，轉(zhuǎn)彎時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，汽車將做離心運動而造成交通事故．因此，在轉(zhuǎn)彎處，為防止離心運動造成危害：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，離心運動會使它們破裂．,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，進入魔盤上的人前仰后翻、甚是有趣．若你進入魔盤隨盤轉(zhuǎn)動而不至于摔倒，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，進入魔盤的內(nèi)側(cè)即可滿足向心力的需要．此時受到的力有重力、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)外軌的這個高度差，如果車的速度大于或小于72km/h，會分別發(fā)生什么現(xiàn)象？說明理由．,解析：火車在轉(zhuǎn)彎時所需的向心力在“臨界”狀況時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． 點評：臨界值是圓周運動中經(jīng)?？疾榈囊粋€重點內(nèi)容，它是物體在做圓周運動過程中，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·大慶實驗中學(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，司機左側(cè)的路面比右側(cè)的路面低一些．汽車的運動可看作是做半徑為R的在水平面內(nèi)的圓周運動．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(即垂直于前進方向)等于零，則汽車轉(zhuǎn)彎時的車速應(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：汽車在拱橋上運動時，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允許最大速率，對凸形橋則有最小壓力．可根據(jù)圓周運動知識，在最低點和最高點列方程求解．,答案：(1)10m/s (2)1.0×105N 點評：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動的問題中，一般在軌道的最低點和最高點分析受力列方程，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，一個質(zhì)量為M的人，站在臺秤上，手拿一個質(zhì)量為m，懸線長為R的小球，在豎直平面內(nèi)做勻速圓周運動，且擺球正好通過圓軌的最高點(此時懸線的彈力為零)，求小球經(jīng)過最低點時，臺秤的示數(shù)多大？,答案：Mg＋2mg 點評：當(dāng)球在豎直平面內(nèi)轉(zhuǎn)動到最高點時，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)動到最低點時，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動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：做勻速圓周運動的空間站中的宇航員，所受重力全部提供其做圓周運動的向心力，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)系的表達式，并求出r＝440m時h的值． (2)鐵路建成后，火車通過彎道時，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，人們對交通運輸?shù)目旖萏岢隽烁叩囊螅瑸榱颂岣哌\輸能力，國家對鐵路不斷進行提速，這就要求鐵路轉(zhuǎn)彎速率也需要提高．請根據(jù)上述計算原理和上述表格分析提速時應(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，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，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《今日說法》欄目報道了一起發(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李先生家，造成三死一傷和房屋嚴(yán)重損毀的血腥慘案．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，你認為正確的是( ),A．由圖可知汽車在拐彎時發(fā)生側(cè)翻是因為車做離心運動 B．由圖可知汽車在拐彎時發(fā)生側(cè)翻是因為車做向心運動 C．公路在設(shè)計上可能內(nèi)(東)高外(西)低 D．公路在設(shè)計上可能外(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,