【学习目标】
3.知道航天器中失重现象的本质。
4.知道离心运动及其产生的条件,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。
【基础知识梳理】
1.火车在弯道上运动时实际做 ,因而具有向心加速度,由于其质量巨大,需要很大的向心力。若内、外轨一样高,火车做圆周运动的向心力是由 提供的,由于火车质量太大,靠这种
方法得到向心力极易使铁轨和车轮受损。在修筑铁路时,要根据转弯处 和规定的 ,适当选择内、外轨的 ,使转弯时所需的 几乎完全由重力G和 的合力F来提供。这样就减轻了轮缘与轨道的挤压。
2.汽车在拱形桥上行驶到最高点时的向心力是由 提供的,方向 ,此时汽车对桥的压力FN' (填“>”“=”或“<”)G,汽车行驶到最高点的速度越大,FN'就越 。
3.汽车在凹形桥上行驶通过桥最低点的向心力是由 提供的,方向 ,此时汽车对桥的压力FN' (填“>”“=”或“<”)G。
4.航天员随宇宙飞船绕地球做匀速圆周运动时,向心力是由 提供的;当飞船的飞行速度v= 时,航天员对座舱的压力FN'=0,此时航天员处于 状态。
5.离心运动有很多应用,离心干燥器就是利用 的装置。
6.在水平公路上行驶的汽车,转弯时所需的向心力是由 提供的。如果转弯时速度过大,所需向心力F将大于 Fmax,汽车将做 而造成交通事故。因此,在公路弯道处,车辆行驶不允许超过 。
【重点难点探究】
主题1:铁路的弯道
问题:观察铁路的直道和弯道可以发现直道的两轨是等高的,弯道两轨是不等高的(外高内低)。
(1)火车在平直轨道上匀速行驶时受几个力作用?这几个力的合力是多大?
(2)假设火车在水平轨道上转弯,谁来提供火车做圆周运动的向心力? 这样设计的危害是什么?
(3)火车在倾斜的弯道上通过时都规定了最佳行驶速度(v0),规定这个速度是要达到什么目的?当火车的实际速度v>v0或v<v0时(设火车依然正常行驶),内、外轨对火车的挤压作用是怎样的呢?
运动汽车 主题2:汽车过拱形桥
问题:(1)如图甲所示,汽车通过拱形桥面最高点处受力特征是怎样的? 如图乙所示,汽车通过凹形路面最低点处受力特征是怎样的? 请在图中画出受力示意图。
(2)乘坐汽车通过拱形桥最高点时有什么感觉?是超重还是失重? 通过凹形路面最低点有什么感觉?是超重还是失重?(可以结合乘电梯和过山车的感觉)
(3)汽车以不变的速率通过如图丙所示的起伏路面,a、b、c、d四个位置中爆胎可能性最大的位置在哪点?
主题3:航天器中的失重现象
问题:(1)如图所示,一个人站在飞机上绕地球表面做匀速圆周运动, 这个人(用虚线上的质点表示)受几个力作用,处于什么状态?
(2)若要使这个人处于完全失重状态,飞机(实际上就成了航天器)绕地球飞行的速度应是多大?(假设地球半径为R,地球表面重力加速度为g,航天员受到的地球引力近似等于他在地面时的重力)
主题4:离心现象
问题:(1)离心运动是怎样的运动?产生离心运动的原因是什么?离心运动中有没有离心力?
(2)摩托车比赛中车手在进入弯道拐弯时常常发生赛车冲出赛道的事故,如图所示。如何防止这种情况?(假设赛道情况不能改变)
【基础智能检测】
1.同一辆汽车以同样大小的速度先后开上平直的桥和凸形桥,在桥的中央处有( )。
A.车对两种桥面的压力一样大 B.车对平直桥面的压力大
C.车对凸形桥面的压力大 D.无法判断
A.小球过最高点时速度为零 B.小球开始运动时绳对小球的拉力为m
C.小球过最高点时绳对小球的拉力为mg D.小球过最高点时速度大小为
3.火车以某一速度v通过某弯道时,内、外轨道均不受侧压力作用,则下列分析正确的是( )。
A.轨道半径R=
B.当火车速度大于v时,外轨将受到侧压力作用,其方向平行于轨道平面向外
C.当火车速度小于v时,外轨将受到侧压力作用,其方向平行于轨道平面向内
D.当火车质量改变时,安全速率也将改变
4.如图所示,光滑水平面上,小球m在拉力F作用下做匀速圆周运动。若小球运动到P点时,拉力F突然消失,关于小球运动情况的说法正确的是( )。
A.小球在离心力的作用下将沿轨迹Pa做离心运动
B.小球在离心力的作用下将沿轨迹Pb做离心运动
C.小球在离心力的作用下将沿轨迹Pc做离心运动
D.小球将沿轨迹Pa做离心运动,但并不受离心力的作用
答案
1.B 2.D 3.B 4.D
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