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课件网) 4.生活中的圆周运动 必备知识·自主学习 一、火车转弯 【情境思考】 火车转弯时外轨与内轨的高度一样吗?火车的车轮设计有什么特点? 提示:火车转弯时外轨与内轨高度不一样,外轨高、内轨低。火车的车轮设计有突出的轮缘,车轮的轮缘卡在铁轨之间。 1.火车车轮的结构特点:火车的车轮由水平的踏面 和突出的轮缘组成。轮缘置于铁轨的内侧,其侧面 与铁轨接触。 作用:轮缘有导向和防止脱轨的作用。 2.火车在弯道上的运动特点:火车在弯道上运动时做圆周运动,由于其质量 巨大,因此需要很大的_____。 向心力 3.向心力的来源: (1)若铁路弯道的内外轨一样高,则由_____提供向心力,这样, 铁轨和车轮极易受损。 (2)若内外轨有高度差,依据规定的行驶速度行驶,由_____和_____的合力 提供向心力。 外轨对轮缘的弹力 重力 支持力 二、汽车过拱形桥 【情境思考】 某次演习中,一辆战车以恒定的速度在起伏不平的路面上行进。战车在B点和C点对路面的压力一样吗? 提示:不一样,B点的压力比C点的压力大。 三、航天器中的失重现象 【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圆周运动,那么航天器中的物体会对航天器产生压力吗? 提示:航天器中的物体不会对航天器产生压力。 1.向心力分析:宇航员受到的_____与_____的合力提供 向心力,_____=m ,所以FN=mg-m 。 2.完全失重状态:当v=_____时,座舱对宇航员的支持力FN=0,宇航员处于 _____状态。 地球引力 座舱对他的支持力 mg-FN 完全失重 四、离心运动 1.定义:做圆周运动的物体_____飞出或做逐渐远离圆心的运动。 2.原因:向心力突然消失或_____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。 (2)防止:汽车在公路转弯处必须限速行驶;转动的砂轮、飞轮的转速不能太高。 沿切线 合力不足以 【易错辨析】 (1)火车弯道的半径很大,故火车转弯需要的向心力很小。 ( ) (2)火车转弯时的向心力一定是重力与铁轨支持力的合力提供的。 ( ) (3)汽车驶过凸形桥最高点,对桥的压力可能等于零。 ( ) (4)汽车过凸形桥或凹形桥时,向心加速度的方向都是竖直向上的。 ( ) (5)航天器中处于完全失重状态的物体不受重力作用。 ( ) (6)做圆周运动的物体突然失去向心力时沿切线方向远离圆心。 ( ) × × √ × × √ 关键能力·合作学习 知识点一 火车转弯 1.问题特点: (1)如果铁路弯道的内外轨一样高,火车在竖直方向所受重力与支持力平衡,其向心力由外侧车轮的轮缘挤压外轨,使外轨发生弹性形变,对轮缘产生的弹力来提供(如图甲);由于火车的质量太大,靠这种方式得到向心力,轮缘与外轨间的相互作用力太大,铁轨和车轮极易受损。 (2)如果弯道处外轨略高于内轨,火车在转弯时铁轨对火车的支持力FN的方向不再是竖直的,而是斜向弯道的内侧,它与重力G的合力指向圆心,为火车转弯提供一部分或者全部向心力(如图乙),从而减轻轮缘与外轨的挤压。 2.处理方法:在实际的火车转弯处,外轨高于内轨,若火车转弯所需的向心力完 全由重力和支持力的合力提供,即mgtanθ=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间的夹角,v0为转弯处的规定速度。 3.速度与轨道压力的关系: (1)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弹力的合力提供,此时内外轨道对火车无挤压作用。 (2)当火车行驶速度v>v0时,外轨道对轮缘有向内的侧压力。 (3)当火车行驶速度v
