6.4生活中的圆周运动-2021-2022学年高一物理精梳细讲 讲义（人教版2019必修第二册）

6.4 生活中的圆周运动 【基础知识讲解】 一、火车转弯 1.如果铁路弯道的内外轨一样高,火车转弯时,由外轨对轮缘的弹力提供向心力. 2.铁路弯道的特点 (1)弯道处外轨略高于内轨. (2)火车转弯时铁轨对火车的支持力不是竖直向上的,而是斜向弯道的内侧.支持力与重力的合力指向圆心. 二、汽车过拱形桥 汽车过拱形桥 汽车过凹形路面 受力分析 向心力 Fn=mg-FN=m Fn=FN-mg=m 对桥(路面)的压力 FN′=mg-m FN′=mg+m 结论 汽车对桥的压力小于汽车的重力,而且汽车速度越大,汽车对桥的压力越小 汽车对路面的压力大于汽车的重力,而且汽车速度越大,汽车对路面的压力越大 三、航天器中的失重现象 1.向心力分析:航天员受到的地球引力与座舱对他的支持力的合力提供向心力,由牛顿第二定律得:mg-FN=m). ,所以FN=m(g- 2.完全失重状态:当v=时座舱对航天员的支持力FN=0,航天员处于完全失重状态. 四、离心运动 1.定义:做圆周运动的物体沿切线方向飞出或做逐渐远离圆心的运动. 2.原因:向心力突然消失或合力不足以提供所需的向心力. 3.离心运动的应用和防止 (1)应用:离心干燥器;洗衣机的脱水筒;离心制管技术;分离血浆和红细胞的离心机. (2)防止:转动的砂轮、飞轮的转速不能太高;在公路弯道,车辆不允许超过规定的速度. 【重点理解1】 火车转弯 导学探究 摩托车在水平道路上转弯(图1甲)和火车转弯(图乙),它们的共同点是什么?提供向心力的方式一样吗?铁路弯道处铁轨有什么特点? 图1 答案 共同点:摩托车在平直公路转弯和火车转弯都需要向心力. 摩托车转弯时由摩擦力提供向心力,火车质量太大,轮缘与外轨间的相互作用力太大,铁轨和车轮极易受损,需要设置特别的轨道,使外轨高于内轨,使火车受到的重力、支持力的合力提供向心力. 总结 1.铁路弯道的特点 铁路弯道处,外轨高于内轨,若火车按规定的速度v0行驶,转弯所需的向心力完全由重力和支持力的合力提供,即mgtan θ=m,其中R为弯道半径,θ为轨道平面与水平面间的夹角(θ很小的情况下,tan θ≈sin θ). ,如图2所示,则v0= 图2 2.当火车行驶速度v等于规定速度v0时,所需向心力仅由重力和支持力的合力提供,此时内外轨道对火车轮缘无挤压作用. 向心加速度,二是切向加速度.向心加速度改变速度方向,切向加速度改变速度大小. 【重点理解2】 汽车过拱形桥 汽车在拱形桥或凹形路面行驶时,可以看作匀速圆周运动 1.汽车过拱形桥时,汽车对桥的压力小于重力,汽车处于失重状态,速度越大,压力越小. 2.汽车过凹形路面时,汽车对路面的压力大于重力,汽车处于超重状态,速度越大,压力越大. 【重点理解3】 离心运动 1.物体做离心运动的原因 提供向心力的合力突然消失,或者合力不足以提供所需的向心力. 2.离心运动、近心运动的判断:物体做圆周运动时出现离心运动还是近心运动,由实际提供的合力F合和所需向心力(m或mω2r)的大小关系决定.(如图6所示) (1)当F合=mω2r时,“提供”等于“需要”,物体做匀速圆周运动; (2)当F合>mω2r时,“提供”超过“需要”,物体做近心运动; (3)当0≤F合<mω2r时,“提供”不足,物体做离心运动. 【例题讲解】 1.如图所示,一对双人花样滑冰运动员,手拉着手在冰面上做匀速圆周运动,已知男女运动员质量之比为3∶2,两人重心间距为L,不计一切摩擦,则下列说法正确的是( ) A.男女运动员转动所需向心力之比为1∶1 B.女运动员以男运动员所站位置为圆心转动 C.男女运动员转动的角速度之比为2∶3 D.男女运动员转动的线速度之比为3∶2 2.如图所示的四幅图表示的是有关圆周运动的基本模型,下列说法正确的是( ) A.如图a,汽车通过拱桥的最高点时重力提供向心力 B.图b所示是一圆锥摆,合力沿绳指向悬点 C.如图c,小球在光滑而固定的圆锥筒内做匀速圆周运动,合力指向圆心 D.如图d,火车转弯超过规定速度行驶时,内轨对内轮缘会有挤压作用 3.如图所示,在粗糙水平板上放一个物体,使水平板和物体一起在竖直平面内做完整匀速圆周运动, 为水平直径, 为竖直直径,在运动过程中木板始终保持水平,物块相对木板始终静止,则( ) A.物块始终受到三个力作用 B.在 、 两点,水平板对物块的作用力指向圆心 C.物体全程所受的摩擦力大小不变 D.物体全程所受合力大小不变 4.如图所示,质量为 、 的物体A、B用轻绳连接放在水平圆盘上,A、B距圆盘中心转轴距离相等,此时细线伸直且恰无张力,A、B与圆盘间动摩擦因数分别为 、 。若圆盘从静止开始转动,且在角速度ω缓慢增大的过程中,下列说法正确的是( ) A.无论 、 大小关系如何,A、B一定同时达到最大静摩擦力 B.