第4节 生活中的圆周运动(赋能课精细培优科学思维) 课标要求 层级达标 1.了解铁路和高速公路弯道处路面有一定倾斜度的原因。 2.了解生产生活中的离心现象及其产生的原因。 学考层级 1.了解生活中的各种圆周运动现象。 2.知道航天器中的失重现象。 3.知道离心运动产生的原因。 选考层级 1.能根据所学知识分析生活中的各种圆周运动现象。 2.会分析火车(汽车)转弯、汽车过凸形桥和凹形路面时的有关问题。 一、火车转弯 1.火车在弯道上的运动特点 火车在弯道上运动时实际上是在做 ,因而具有 加速度,由于其质量巨大,需要很大的向心力。 2.向心力来源 (1)内外轨一样高:火车转弯时,外侧车轮的轮缘挤压 ,使外轨发生 ,外轨对轮缘的 是火车转弯所需向心力的主要来源(如图甲所示)。 (2)外轨略高于内轨:如果在弯道处使外轨略高于内轨(如图乙所示),火车转弯时铁轨对火车的支持力FN的方向不再是 的,而是斜向弯道的 ,它与重力G的合力指向 ,为火车转弯提供了一部分向心力。 (3)适当选择内外轨的高度差,使转弯时所需的向心力几乎完全由 和 的合力来提供。 [情境思考] 铁路弯道处的外轨与内轨的高度一样吗 火车的车轮设计有什么特点 二、汽车过拱形桥 汽车过拱形桥最高点 汽车过凹形路面最低点 受力 分析 向心力 Fn= =m Fn= =m 对路面 的压力 FN'= FN'= 结论 汽车对桥的压力小于汽车所受的重力,而且汽车速度越大,对桥的压力 汽车对凹形路面的压力大于汽车的重力,而且汽车速度越大,对凹形路面的压力 状态 失重状态 超重状态 [质疑辨析] 某次演习中,一辆战车以大小不变的速度在起伏不平的路面上行进。 请对以下结论作出判断: (1)战车在B点和C点时,向心加速度方向都是竖直向上的。 ( ) (2)战车在B点时对路面的压力大于战车的重力。 ( ) (3)战车在C点时对路面的压力小于战车的重力。 ( ) (4)战车在C点时对路面的压力可能为零。 ( ) (5)战车在D处水平路面加速行驶时,对路面的压力大于战车的重力。 ( ) 三、航天器中的失重现象 1.向心力分析 航天员受到的 与飞船座舱对他的 的合力提供他绕地球做匀速圆周运动所需的向心力, =m。 2.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。 [情境思考] 物体放在水平桌面上,它会对桌面产生压力;如果航天器绕地球做匀速圆周运动,那么航天器中的物体会对航天器产生压力吗 四、离心运动 1.定义:物体沿切线方向飞出或做逐渐 的运动。 2.条件:向心力突然消失或合力不足以提供所需的 。 3.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 。 [微点拨] 物体做离心运动不是物体受到离心力的作用,而是外力突然消失或合力不足以提供所需的向心力。 强化点(一) 火车转弯 [要点释解明] 1.火车弯道运动轨迹特点 火车在转弯过程中,运动轨迹是一圆弧,由于火车转弯过程中重心高度不变,故火车轨迹所在的平面是水平面,而不是斜面。火车的向心加速度和向心力均沿水平方向指向圆心。 2.转弯时轨道受到的侧压力与火车速度的关系 (1)若火车转弯时,火车所受支持力与重力的合力提供向心力,则mgtan θ=m,如图所示,则v0=,其中r为弯道半径,θ为轨道平面与水平面的夹角tan θ≈(θ一般很小),其中h为内、外轨的高度差,L为内、外轨间距,v0为转弯处的规定速度。此外,内外轨道对火车均无侧向挤压作用。 (2)若火车行驶速度v0>,重力和支持力的合力不足以提供向心力,外轨对轮缘有侧压力。 (3)若火车行驶速 ... ...
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