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,,,高中物理·必修2·人教版,7 生活中的圓周運動,[目標定位] 1.會分析具體圓周運動問題中向心力的來源，能解決生活中的圓周運動問題． 2．了解航天器中的失重現(xiàn)象及原因． 3．了解離心運動及物體做離心運動的條件，知道離心運動的應(yīng)用及危害．,一、鐵路的彎道 1．運動特點：火車轉(zhuǎn)彎時實際是在做_____運動，因而具有向心加速度，由于其質(zhì)量巨大，所以需要很大的_____力． 2．向心力來源 在修筑鐵路時，要根據(jù)彎道的_____和規(guī)定的_________ ，適當選擇內(nèi)外軌的高度差，使轉(zhuǎn)彎時所需的向心力幾乎完全由_______和__________的合力提供．如圖5－7－1.,圓周,向心,半徑,行駛速度,重力G,支持力FN,圖5－7－1 想一想 在彎道處，火車行駛速度大于規(guī)定的速度時，是外軌還是內(nèi)軌易受損？ 答案 外軌,二、拱形橋 1．汽車過凸形橋(如圖5－7－2 甲),小于,圖5－7－2,2．汽車過凹形橋(如圖5－7－2 乙) 三、航天器中的失重現(xiàn)象 1．航天器在近地軌道的運動,FN－mg,大于,mg,2．對失重現(xiàn)象的認識 航天器內(nèi)的任何物體都處于_________狀態(tài)，但并不是物體不受重力．正因為受到重力作用才使航天器連同其中的乘員_____________．,mg－FN,0,完全失重,完全失重,環(huán)繞地球轉(zhuǎn)動,想一想 航天器中處于完全失重狀態(tài)的物體一定不受重力作用嗎？ 答案 受重力作用．處于完全失重狀態(tài)的物體仍受重力作用，重力提供向心力．,四、離心運動 1．定義：物體沿切線飛出或做_________圓心的運動． 2．原因：向心力突然_____或合外力____________所需向心力． 3．應(yīng)用：洗衣機的_______，制作無縫鋼管、水泥電線桿等． 想一想 物體做離心運動是不是因為受離心力作用？ 答案 不是．物體做離心運動并不是物體受到離心力作用，而是外力不能提供足夠的向心力，所謂的“離心力”也是由效果命名的，實際并不存在．,逐漸遠離,消失,不足以提供,脫水筒,一、火車轉(zhuǎn)彎問題 1．轉(zhuǎn)彎時的圓周平面：火車做圓周運動的圓周平面是水平面，火車的向心加速度和向心力均是沿水平方向指向圓心．,圖5－7－3,3．速度與軌道壓力的關(guān)系 (1)當v＝ v 0時，所需向心力僅由重力和彈力的合力提供，此時內(nèi)外軌道對火車均無擠壓作用． (2)當v v 0時，外軌道對輪緣有側(cè)壓力． (3)當v v 0時，內(nèi)軌道對輪緣有側(cè)壓力． 4．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．,【例1】 火車在半徑r＝900 m的彎道轉(zhuǎn)彎，火車質(zhì)量為8×105 kg，軌道寬為l＝1.4 m，外軌比內(nèi)軌高h＝14 cm，為了使鐵軌不受輪緣的擠壓，火車的速度應(yīng)為多大？(α很小時，可以近似認為tan α＝sin α；g取10 m/s2) 答案 30 m/s,解析 若火車在轉(zhuǎn)彎時鐵軌不受擠壓，即由重力和支持力的合力提供向心力，火車轉(zhuǎn)彎平面是水平面．火車受力如圖所示，由牛頓第二定律得：,二、汽車過橋問題 1．分析汽車過橋這類問題時應(yīng)把握以下兩點： (1)汽車在拱橋上的運動是豎直面內(nèi)的圓周運動． (2)向心力來源(最高點和最低點)：汽車做圓周運動，重力和橋面的支持力的合力提供向心力．,【例2】 如圖5－7－4所示，質(zhì)量m＝2.0×104 kg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20 m．如果橋面受到的壓力不得超過3.0×105 N，則： (1)汽車允許的最大速度是多少？ (2)若以所求速度行駛，汽車對橋面的最小壓力是多少？(g取10 m/s2),圖5－7－4,答案 (1)10 m/s (2)105 N,三、豎直面內(nèi)的繩、桿模型問題 1．輕繩模型(最高點) 圖5－7－5 (1)繩(軌道)施力特點： 只能施加向下的拉力(或壓力),2．輕桿模型(最高點) 圖5－7－6 (1)桿(雙軌道)施力特點： 既能施加向下的拉(壓)力，也能施加向上的支持力． (2)動力學方程：,(3)桿類的臨界速度為v臨＝0.,【例3】 一細繩與水桶相連，水桶中裝有水，水桶與細繩一起在豎直平面內(nèi)做圓周運動，如圖5－7－7所示，水的質(zhì)量m＝0.5 kg，水的重心到轉(zhuǎn)軸的距離l＝50 cm.(g取10 m/s2),圖5－7－7,(1)若在最高點水不流出來，求桶的最小速率； (2)若在最高點水桶的速率v ＝3 m/s，求水對桶底的壓力． 答案 (1)2.24 m/s (2)4 N,解析 分別以水桶和桶中的水為研究對象，對它們進行受力分析，找出它們做圓周運動所需向心力的來源，根據(jù)牛頓運動定律建立方程求解． (1)以水桶中的水為研究對象，在最高點恰好不流出來，說明水的重力恰好提供其做圓周運動所需的向心力，此時桶的速率最?。?四、對離心運動的理解 1．離心運動的實質(zhì) 離心運動實質(zhì)是物體慣性的表現(xiàn)．做圓周運動的物體，總有沿著圓周切線飛出去的趨向，之所以沒有飛出去，是因為受到向心力的作用．從某種意義上說，向心力的作用是不斷地把物體從圓周運動的切線方向拉到圓周上來．一旦作為向心力的合外力突然消失或不足以提供向心力，物體就會發(fā)生離心運動． 2．合外力與向心力的關(guān)系如圖5－7－8所示,圖5－7－8,【例4】 下列有關(guān)洗衣機脫水筒的脫水原理說法正確的是 ( ) A．水滴受離心力作用，而沿背離圓心的方向甩出 B．水滴受到向心力，由于慣性沿切線方向甩出 C．水滴受到的離心力大于它受到的向心力，從而沿切線 方向甩出 D．水滴與衣服間的附著力小于它所需的向心力，于是沿 切線方向甩出 答案 D,再見,