生活中的圆周运动省赛一等奖

第4节生活中的圆周运动1能定性分析火车外轨比内轨高的原因。2能定量分析汽车过拱形桥最高点和凹形桥最低点的压力问题。3知道航天器中的失重现象的本质。4知道离心运动及其产生条件，了解离心运动的应用和防止。5会用牛顿第二定律分析圆周运动。6进一步领会力与物体的惯性对物体运动状态变化所起的作用。学习目标火车转弯--水平面内的圆周运动观察：火车车轮的构造。思考：火车转弯时所需的向心力是由哪些力提供的？车轮的构造：：如果转弯处内外轨一样高，火车转弯需要的向心力由什么力来提供呢？火车转弯NFNG内轨外轨向心力由外侧轨道对车轮轮缘的弹力提供。缺点：火车质量很大，轮缘和外轨间的相互作用力很大，铁轨容易损坏、变形，发生危险。外轨对轮缘的弹力请设计一个方案，让火车既能安全通过弯道，又能减少轨道与轮缘的挤压？在实际火车与轨道设计中，利用轮缘挤压只能增加小部分的向心力；垫高外轨可增加较多的向心力。外内思考外轨略高于内轨（倾斜轨道）解决方案火车转弯时，外轨道应该适当垫高。使火车以一定速度通过弯道时，受到重力与支持力的合力恰好提供向心力，此时内轨和外轨同轮缘之间向心力完全由重力G和支持力FN的合力提供FN均无挤压。1、轨道对轮缘无挤压，此时火车的速度为多大？θFNGOF合F合＝mgtanθθ限定速度临界速度：GFNθ①当时，F>O内轨对轮缘产生向外的弹力。FGFNθF<②当时，O外轨对轮缘产生向内的弹力。转弯速度过快呢？F其他交通工具的转弯：转弯速度过大引起的思考：汽车过桥--竖直平面内的圆周运动黄石长江大桥泸定桥汽车过拱形桥：如果汽车在拱形桥上，以某一速度v通过拱形桥的最高点的时候，路面受到的压力大小还等于重力吗？：

根据公式，试分析如果汽车的速度不断增大，压力大小会如何变化？当速度多大时，压力为零？汽车过拱形桥可知：v越大，FN越小当v逐渐增大，，此时FN=0，如果将地球看做一个巨大的拱形桥，桥面半径就是地球半径。会不会出现这样的情况：速度大到一定程度时，地面对车的支持力是零从而脱离地球？（R=6400m思维拓展：解：由圆周运动条件可得

∴凹形桥拱形桥：凹形桥：思考：你能解释为什么拱形造价高却最常见吗？水平桥：探究结论汽车经过不同类型的桥时压力不同：vGFN最高点失重超重最低点汽车对桥面的压力最大G凸形桥和凹形桥比较mrOrOvm航天中的失重现象揭开“过山车”和“水流星”之谜水流星过山车G最高点FN揭开“过山车”和“水流星”之谜离心运动思考：1、做圆周运动的物体一旦失去向心力的作用，它会怎样运动？2、如果物体受到的合外力不足以提供向心力，它会怎样运动？1离心运动：做匀速圆周运动的物体，在所受的合力突然消失或者不足以提供圆周运动所需的向心力的情况下，物体所做的逐渐远离圆心的运动叫做离心运动．1离心运动是物体逐渐远离圆心的一种物理现象．2离心现象的本质是物体惯性的表现3离心的条件：做匀速圆周运动的物体合外力消失或不足以提供所需的向心力．4做离心运动的质点实际上并没受到所谓的“离心力”作用，因为没有任何物体提供这种力。若合外力突然消失，以这一时刻的线速度沿切线方向飞去若0＜F合＜F向，物体边转边逐渐远离圆心离心运动圆周运动问题的处理方法和步骤需要的向心力提供的向心力1确定研究对象、研究状态3分析其受力情况，判断什么力提供向心力匀速圆运动：分析其合外力F合变速圆运动：找其指向圆心的分力2分析其运动情况，判断圆心位置、v、r等4根据牛顿定律列式并求解有时需根据圆心的位置来判断合外力的方向“杆球”模型如图所示，长为L的轻杆一端固定一质量为m的小球，另一端可绕过O点的光滑水平轴在竖直平面内做圆周运动，求：杆连着的小球在竖直平面内的圆周运动（在光滑管内运动）特点：杆既能对小球产生拉力，又能产生支持力，在最高点速度可以为0vR可通过最高点做圆周运动杆对球有拉力杆对球有支持力杆对球无作用力同类问题：管形轨道模型“杆球”模型变形：“光滑管道”模型可通过最高点做圆周运动“绳球”模型若将杆换成一轻绳，试分析其通过最高点的各种情况球的重力完全用来提供向心力，且向心力恰好完全由重力来提供与杆球模型一样球的重力大于所需要的向心力，球离开轨道事实上，球在到达最高点之前就离开轨道了轻绳栓着小球在竖直平面内的圆周运动（沿光滑环内壁的运动）vR特点：绳上只可能产生拉力，而不能产生支持力同类问题：环形轨道模型可通过最高点做圆周运动常考题型题组一车辆转弯C题2［全国Ⅱ卷］［多选］公路急转弯处通常是交通事故多发地带。如图，某公路急转弯处是一段圆弧，当汽车行驶的速率为v0时，汽车恰好没有向公路内外两侧滑动的趋势，则在该弯道处（）A路面外侧高内侧低0，车辆便会向内侧滑动0，但只要不超出某一最高限度，车辆便不会向外侧滑动D当路面结冰时，与未结冰时相比，v0的值变小ACB题4［2020·山东师大附中高一检测］我国“复兴号”列车速度可达350m/h。火车转弯时，要求轮缘与内、外轨间都无挤压。要满足火车转弯时的速度尽可能大些，下列说法正确的是（）A内、外轨间的高度差应大些B内、外轨间的高度差应小些C轨道半径应小些D速度大小与弯道半径无关A题5一辆质量为800g的汽车在圆弧半径为50m的拱桥上行驶（g取10m/s2）。（1）若汽车到达桥顶时速度为v1=5m/s，汽车对桥面的压力是多大？（2）汽车以多大速度经过桥顶时，恰好对桥面没有压力？（3）汽车对桥面的压力过小是不安全的，因此汽车过桥时的速度不能过大。对于同样的车速，拱桥圆弧的半径大些比较安全，还是小些比较安全？（4）如果拱桥的半径增大到与地球半径一样大，汽车要在桥面上腾空，速度至少为多大？（已知地球半径为6400m）题组二拱桥模型14（a）（b）题7［全国Ⅰ卷］某物理小组的同学设计了一个粗测玩具小车通过凹形桥最低点时的速度的实验。所用器材有：玩具小车、压力式托盘秤、凹形桥模拟器（圆弧部分的半径为R=020m）。完成下列填空：（1）将凹形桥模拟器静置于托盘秤上，如图（a）所示，托盘秤的示数为100g。（2）将玩具小车静置于凹形桥模拟器最低点时，托盘秤的示数如图（b）所示，该示数为g。（3）将小车从凹形桥模拟器某一位置释放，小车经过最低点后滑向另一侧。此过程中托盘秤的最大示数为m；多次从同一位置释放小车，记录各次的m值如下表所示：序号12345m/kg1.801.751.851.751.90.（4）根据以上数据，可求出小车经过凹形桥最低点时对桥的压力为N；小车通过最低点时的速度大小为m/s。（重力加速度大小取980m/s2，计算结果保留两位有效数字）14079题8关于离心运动，下列说法中正确的是（）A物体突然受到离心力的作用，将做离心运动B做匀速圆周运动的物体，在外界提供的向心力突然变大时将做离心运动C做匀速圆周运动的物体，只要向心力的数值发生变化，就将做离心运动D做匀速圆周运动的物体，当外界提供的向心力突然消失或变小时将做离心运动题组三离心运动D题9[多选］洗衣机的脱水筒采用电机带动衣物旋转的方式脱水，下列说法中正确的是（）A水从筒中甩出是因为水滴受到离心力作用B脱水过程中，大部分衣物紧贴筒壁C加快脱水筒转动角速度，脱水效果会更好D靠近中心的衣物脱水效果不如四周的衣物脱水效果好

BCD题10［2020·湖南邵阳隆回高一检测］下列生活实例中不是利用离心运动的是（）A洗衣机脱水桶甩衣服B炼钢厂利用圆柱形模子制作无缝钢管C旋转蜂箱分离蜂蜜D机械上的飞轮、砂轮不能超过允许的最大转速D题11用图所示实验模拟拱形桥研究汽车通过桥的最高点时对桥的压力。在较大的平整木板上相隔一定的距离两端各钉4个钉子，将三合板弯曲成拱桥形两端卡入钉内，三合板上表面事先铺上一层牛仔布以增大摩擦，这样