1、4.生活中的圆周运动 必备知识必备知识自主学习自主学习 一、火车转弯一、火车转弯 【情境思考情境思考】 火车转弯时外轨与内轨的高度一样吗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火车的车轮设计有什么特点? ? 提示提示: :火车转弯时外轨与内轨高度不一样火车转弯时外轨与内轨高度不一样, ,外轨高、内轨低。火车的车轮设计外轨高、内轨低。火车的车轮设计 有突出的轮缘有突出的轮缘, ,车轮的轮缘卡在铁轨之间。车轮的轮缘卡在铁轨之间。 1.1.火车车轮的结构特点火车车轮的结构特点: :火车的车轮由水平的踏面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和突出的轮缘组成
2、。轮缘置于铁轨的内侧, ,其侧面其侧面 与铁轨接触。与铁轨接触。 作用作用: :轮缘有导向和防止脱轨的作用。轮缘有导向和防止脱轨的作用。 2.2.火车在弯道上的运动特点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火车在弯道上运动时做圆周运动, ,由于其质量由于其质量 巨大巨大, ,因此需要很大的因此需要很大的_。 向心力向心力 3.3.向心力的来源向心力的来源: : (1)(1)若铁路弯道的内外轨一样高若铁路弯道的内外轨一样高, ,则由则由_提供向心力提供向心力, ,这样这样, , 铁轨和车轮极易受损。铁轨和车轮极易受损。 (2)(2)若内外轨有高度差若内外轨有高度差, ,依据规定
3、的行驶速度行驶依据规定的行驶速度行驶, ,由由_和和_的合力的合力 提供向心力。提供向心力。 外轨对轮缘的弹力外轨对轮缘的弹力 重力重力 支持力支持力 二、汽车过拱形桥二、汽车过拱形桥 【情境思考情境思考】 某次演习中某次演习中, ,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 B点和点和C C 点对路面的压力一样吗点对路面的压力一样吗? ? 提示提示: :不一样不一样,B,B点的压力比点的压力比C C点的压力大。点的压力大。 三、航天器中的失重现象三、航天器中的失重现象 【情境思考情境思考】 物体放在水平桌面上物体放在水平桌面上, ,
4、它会对桌面产生压力它会对桌面产生压力; ;如果航天器绕地球做圆周运动如果航天器绕地球做圆周运动, ,那那 么航天器中的物体会对航天器产生压力吗么航天器中的物体会对航天器产生压力吗? ? 提示提示: :航天器中的物体不会对航天器产生压力。航天器中的物体不会对航天器产生压力。 1.1.向心力分析向心力分析: :宇航员受到的宇航员受到的_与与_的合力提供的合力提供 向心力向心力,_=m,_=m , ,所以所以F FN N=mg=mg- -m m 。 2.2.完全失重状态完全失重状态: :当当v=v=_时时, ,座舱对宇航员的支持力座舱对宇航员的支持力F FN N=0,=0,宇航员处于宇航员处于 _状
5、态。状态。 地球引力地球引力 座舱对他的支持力座舱对他的支持力 mgmg- -F FN N 2 v r 2 v r rg 完全失重完全失重 四、离心运动四、离心运动 1.1.定义定义: :做圆周运动的物体做圆周运动的物体_飞出或做逐渐远离圆心的运动。飞出或做逐渐远离圆心的运动。 2.2.原因原因: :向心力突然消失或向心力突然消失或_提供所需的向心力。提供所需的向心力。 3.3.离心运动的应用和防止离心运动的应用和防止: : (1)(1)应用应用: :离心干燥器离心干燥器; ;洗衣机的脱水筒洗衣机的脱水筒; ;离心制管技术。离心制管技术。 (2)(2)防止防止: :汽车在公路转弯处必须限速行驶
6、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。转动的砂轮、飞轮的转速不能太高。 沿切线沿切线 合力不足以合力不足以 【易错辨析易错辨析】 (1)(1)火车弯道的半径很大火车弯道的半径很大, ,故火车转弯需要的向心力很小。故火车转弯需要的向心力很小。 ( )( ) (2)(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。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)(3)汽车驶过凸形桥最高点汽车驶过凸形桥最高点, ,对桥的压力可能等于零。对桥的压力可能等于零。 ( )( ) (4)(4)汽车过凸形桥或凹形桥时汽车过凸形桥或凹形桥时, ,
7、向心加速度的方向都是竖直向上的。向心加速度的方向都是竖直向上的。 ( )( ) (5)(5)航天器中处于完全失重状态的物体不受重力作用。航天器中处于完全失重状态的物体不受重力作用。 ( )( ) (6)(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。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。 ( )( ) 关键能力关键能力合作学习合作学习 知识点一知识点一 火车转弯火车转弯 1.1.问题特点问题特点: : (1)(1)如果铁路弯道的内外轨一样高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火车在竖直方向所受重力与支持力平衡, ,其其 向心力由外侧车轮的轮
8、缘挤压外轨向心力由外侧车轮的轮缘挤压外轨, ,使外轨发生弹性形变使外轨发生弹性形变, ,对轮缘产生的弹力来对轮缘产生的弹力来 提供提供( (如图甲如图甲););由于火车的质量太大由于火车的质量太大, ,靠这种方式得到向心力靠这种方式得到向心力, ,轮缘与外轨间的轮缘与外轨间的 相互作用力太大相互作用力太大, ,铁轨和车轮极易受损。铁轨和车轮极易受损。 (2)(2)如果弯道处外轨略高于内轨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火车在转弯时铁轨对火车的支持力F FN N的方向不的方向不 再是竖直的再是竖直的, ,而是斜向弯道的内侧而是斜向弯道的内侧, ,它与重力它与重力G G
9、的合力指向圆心的合力指向圆心, ,为火车转弯提供为火车转弯提供 一部分或者全部向心力一部分或者全部向心力( (如图乙如图乙),),从而减轻轮缘与外轨的挤压。从而减轻轮缘与外轨的挤压。 2.2.处理方法处理方法: :在实际的火车转弯处在实际的火车转弯处, ,外轨高于内轨外轨高于内轨, ,若火车转弯所需的向心力完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全由重力和支持力的合力提供, ,即即mgtanmgtan =m=m , ,如图所示如图所示, ,则则v v0 0= = 其中其中R R为弯道半径为弯道半径, , 为轨道平面与水平面间的夹角为轨道平面与水平面间的夹角,v,v0 0为转弯处的
10、规定速度。为转弯处的规定速度。 2 0 v R gRtan , 3.3.速度与轨道压力的关系速度与轨道压力的关系: : (1)(1)当火车行驶速度当火车行驶速度v v等于规定速度等于规定速度v v0 0时时, ,所需向心力仅由重力和弹力的合力提供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。此时内外轨道对火车无挤压作用。 (2)(2)当火车行驶速度当火车行驶速度vvvv0 0时时, ,外轨道对轮缘有向内的侧压力。外轨道对轮缘有向内的侧压力。 (3)(3)当火车行驶速度当火车行驶速度vvvr r乙 乙, ,则 则F Ff f甲 甲F Ff f乙 乙, ,故 故A A项正
11、确。项正确。 2 v r 2.2.我国高铁技术迅猛发展我国高铁技术迅猛发展, ,现已处于世界领先水平。目前正在修建中的银西现已处于世界领先水平。目前正在修建中的银西 高铁高铁, ,横跨陕甘宁三省区横跨陕甘宁三省区, ,根据地形设计的某弯道半径为根据地形设计的某弯道半径为3 280 m,3 280 m,限定时速为限定时速为 144 km/h(144 km/h(此时车轮轮缘不受力此时车轮轮缘不受力) )。已知我国的标准轨距为。已知我国的标准轨距为1 435 mm,1 435 mm,且角度较且角度较 小时小时,tan ,tan =sin =sin , ,重力加速度重力加速度g g取取10 m/s10
12、 m/s2 2, ,则高速列车在通过此弯道时的则高速列车在通过此弯道时的 外轨超高值为外轨超高值为 ( ( ) ) A.7 cmA.7 cm B.8 cmB.8 cm C.9 cmC.9 cm D.11.2 cmD.11.2 cm 【解析解析】选选A A。半径。半径R=3 280 m,R=3 280 m,时速时速v=144 km/h=40 m/s;v=144 km/h=40 m/s;根据牛顿第二定根据牛顿第二定 律得律得,mgtan =m ,mgtan =m ,解得解得:tan = ,:tan = ,由题意得由题意得tan =sin = ,tan =sin = , 而而L=1 435 mm,L
13、=1 435 mm,联立得联立得:h=70 mm=7 cm,:h=70 mm=7 cm,故故A A项正确项正确,B,B、C C、D D项错误。项错误。 2 v R 2 41 h L 知识点二知识点二 汽车过拱形桥汽车过拱形桥 1.1.汽车过凸形桥汽车过凸形桥: :汽车经过最高点时汽车经过最高点时, ,汽车的重力与桥对汽车支持力的合力汽车的重力与桥对汽车支持力的合力 提供向心力。如图甲所示。提供向心力。如图甲所示。 由牛顿第二定律得由牛顿第二定律得:G:G- -F FN N=m=m , , 则则F FN N=G=G- -m m 。 汽车对桥的压力与桥对汽车的支持力是一对作用力和反作用力汽车对桥的
14、压力与桥对汽车的支持力是一对作用力和反作用力, ,即即FFN N=F=FN N =G=G- -m m , ,因此因此, ,汽车对桥的压力小于重力汽车对桥的压力小于重力, ,而且车速越大而且车速越大, ,压力越小。压力越小。 2 v r 2 v r 2 v r (1)(1)当当0v0v 时时,0F,0v 时时, ,汽车做平抛运动飞离桥面汽车做平抛运动飞离桥面, ,发生危险。发生危险。 2.2.汽车过凹形桥汽车过凹形桥: :如图乙所示如图乙所示, ,汽车经过凹形桥面最低点时汽车经过凹形桥面最低点时, ,受竖直向下的重力受竖直向下的重力 和竖直向上的支持力和竖直向上的支持力, ,两个力的合力提供向心
15、力两个力的合力提供向心力, ,则则F FN N- -G=mG=m , ,故故F FN N=G+m=G+m 。 由牛顿第三定律得由牛顿第三定律得: :汽车对凹形桥面的压力汽车对凹形桥面的压力FFN N=G+m=G+m , ,方向竖直向下方向竖直向下, ,且大于且大于 汽车的重力。可见汽车的重力。可见, ,汽车行驶的速率越大汽车行驶的速率越大, ,汽车对桥面的压力就越大汽车对桥面的压力就越大, ,这也是汽这也是汽 车高速驶过凹形路面时容易爆胎的原因。车高速驶过凹形路面时容易爆胎的原因。 gr gr gr 2 v r 2 v r 2 v r 【问题探究问题探究】 在电视或电影中我们经常会看到汽车高速
16、通过一个在电视或电影中我们经常会看到汽车高速通过一个 拱桥时会一跃而起拱桥时会一跃而起, ,脱离地面。试分析脱离地面。试分析: : (1)(1)这种“飞车”现象产生的原因是什么这种“飞车”现象产生的原因是什么? ? (2)(2)车速达到多少时才能到达这种效果呢车速达到多少时才能到达这种效果呢? ? 提示提示: :(1)(1)在最高点时在最高点时, ,由于速度太大由于速度太大, ,重力完全充当向心力重力完全充当向心力, ,导致汽车脱离地面。导致汽车脱离地面。 (2)v (2)v 。 gR 【典例示范典例示范】 【典例典例】在较大的平直木板上相隔一定距离钉几个钉子在较大的平直木板上相隔一定距离钉几
17、个钉子, ,将三合板弯曲成拱形将三合板弯曲成拱形 卡入钉子内形成拱形桥卡入钉子内形成拱形桥, ,三合板上表面事先铺上一层牛仔布以增大摩擦三合板上表面事先铺上一层牛仔布以增大摩擦, ,这样玩这样玩 具车就可以在桥面上跑起来了。把这套系统放在电子秤上做实验具车就可以在桥面上跑起来了。把这套系统放在电子秤上做实验, ,如图所示如图所示, ,关关 于实验中电子秤的示数下列说法正确的是于实验中电子秤的示数下列说法正确的是 ( ( ) ) A.A.玩具车静止在拱形桥顶端时的示数小一些玩具车静止在拱形桥顶端时的示数小一些 B.B.玩具车运动通过拱形桥顶端时的示数大一些玩具车运动通过拱形桥顶端时的示数大一些
18、C.C.玩具车运动通过拱形桥顶端时处于超重状态玩具车运动通过拱形桥顶端时处于超重状态 D.D.玩具车运动通过拱形桥顶端时速度越大玩具车运动通过拱形桥顶端时速度越大( (未离开拱形桥未离开拱形桥),),示数越小示数越小 【素养训练素养训练】 1.1.如图所示如图所示, ,汽车在炎热的夏天沿不平的曲面行驶汽车在炎热的夏天沿不平的曲面行驶, ,其中最容易发生爆胎的点是其中最容易发生爆胎的点是 ( (假定汽车运动速率假定汽车运动速率v va a=v=vc c,v,vb b=v=vd d) ) ( ( ) ) A.aA.a点点 B.bB.b点点 C.cC.c点点 D.dD.d点点 2.2.一汽车通过拱形
19、桥顶点时速度为一汽车通过拱形桥顶点时速度为10 m/s,10 m/s,车对桥顶的压力为车重的车对桥顶的压力为车重的 , , 如果要使汽车在桥顶对桥面没有压力如果要使汽车在桥顶对桥面没有压力, ,车速至少为车速至少为 ( ( ) ) A.15 m/sA.15 m/s B.20 m/sB.20 m/s C.25 m/sC.25 m/s D.30 m/sD.30 m/s 【解析解析】选选B B。当。当F FN N= G= G时时, ,因为因为G G- -F FN N=m ,=m ,所以所以 G=m ,G=m ,当当F FN N=0=0时时,G=m ,G=m , 所以所以v=20 m/s,v=20 m
20、/s,故故B B项正确。项正确。 3 4 3 4 2 v r 1 4 2 v r 2 v r 【加固训练加固训练】 1.(1.(多选多选) )半径分别为半径分别为2R2R和和R R的两个半圆的两个半圆, ,分别组成如图甲、乙所示的两个光滑圆分别组成如图甲、乙所示的两个光滑圆 弧轨道弧轨道, ,一小球先后从同一高度下落一小球先后从同一高度下落, ,分别从如图甲、乙所示的开口竖直向上的分别从如图甲、乙所示的开口竖直向上的 半圆轨道的右侧边缘进入轨道半圆轨道的右侧边缘进入轨道, ,都沿着轨道内侧运动并能从开口竖直向下的半都沿着轨道内侧运动并能从开口竖直向下的半 圆轨道的最高点通过圆轨道的最高点通过,
21、 ,在最高点两球速度相等。空气阻力不计。下列说法正确在最高点两球速度相等。空气阻力不计。下列说法正确 的是的是 ( ( ) ) A.A.图甲中小球对轨道最高点的压力比图乙中小球对轨道最高点的压力大图甲中小球对轨道最高点的压力比图乙中小球对轨道最高点的压力大 B.B.图甲中小球在轨道最高点的角速度比图乙中小球在轨道最高点的角速度小图甲中小球在轨道最高点的角速度比图乙中小球在轨道最高点的角速度小 C.C.图甲中小球在轨道最低点的向心力比图乙中小球在轨道最低点的向心力小图甲中小球在轨道最低点的向心力比图乙中小球在轨道最低点的向心力小 D.D.图甲中小球对轨道最低点的压力比图乙中小球对轨道最低点的压力
22、大图甲中小球对轨道最低点的压力比图乙中小球对轨道最低点的压力大 2.2.飞机俯冲拉起时飞机俯冲拉起时, ,飞行员处于超重状态飞行员处于超重状态, ,此时座位对飞行员的支持力大于所受此时座位对飞行员的支持力大于所受 的重力的重力, ,这种现象叫过荷。过荷过重会造成飞行员大脑贫血这种现象叫过荷。过荷过重会造成飞行员大脑贫血, ,四肢沉重四肢沉重, ,暂时失暂时失 明明, ,甚至昏厥。受过专门训练的空军飞行员最多可承受甚至昏厥。受过专门训练的空军飞行员最多可承受9 9倍重力的支持力影响。倍重力的支持力影响。 取取g=10 m/sg=10 m/s2 2, ,则当飞机在竖直平面上沿圆弧轨道俯冲速度为则当
23、飞机在竖直平面上沿圆弧轨道俯冲速度为100 m/s100 m/s时时, ,圆弧轨圆弧轨 道的最小半径为道的最小半径为 ( ( ) ) A.100 mA.100 m B.111 mB.111 m C.125 mC.125 m D.250 mD.250 m 知识点三知识点三 竖直面内的圆周运动竖直面内的圆周运动 角度角度1 1 轻绳模型轻绳模型 如图所示如图所示, ,细绳系的小球在竖直面内做圆周运动细绳系的小球在竖直面内做圆周运动, ,以及小球在圆轨道内侧以及小球在圆轨道内侧 运动运动, ,二者运动规律相同二者运动规律相同, ,统称为轻绳模型。统称为轻绳模型。 (1)(1)最低点运动学方程最低点运
24、动学方程: : F FT1 T1- -mg=m mg=m 所以所以F FT1 T1=mg+m =mg+m (2)(2)最高点运动学方程最高点运动学方程: : F FT2 T2+mg=m +mg=m 所以所以F FT2 T2=m =m - -mgmg 2 1 v L 2 1 v L 2 2 v L 2 2 v L (3)(3)最高点的最小速度最高点的最小速度: :由于绳不可能对球有向上的支持力由于绳不可能对球有向上的支持力, ,只能产生向下的只能产生向下的 拉力拉力, ,由由F FT2 T2+mg=m +mg=m 可知可知, ,当当F FT2 T2=0 =0时时,v,v2 2最小最小, ,最小速
25、度为最小速度为v v2 2= = 。 当当v v2 2= = 时时, ,拉力或压力为零。拉力或压力为零。 当当v v2 2 时时, ,小球受向下的拉力或压力。小球受向下的拉力或压力。 当当v v2 2 v , ,杆或管的外侧对球产生向下的拉力或弹力杆或管的外侧对球产生向下的拉力或弹力,mg+F=m,mg+F=m , , 所以所以F=mF=m - -mg,Fmg,F随随v v增大而增大。增大而增大。 v=v= , ,球在最高点只受重力球在最高点只受重力, ,不受杆或管的作用力不受杆或管的作用力,F=0,mg=m,F=0,mg=m 。 0v0vmg,mg,故故B B项正确项正确,A,A项错误项错误
26、; ;选手所选手所 受绳子的拉力和选手对绳子的拉力两力为作用力和反作用力受绳子的拉力和选手对绳子的拉力两力为作用力和反作用力, ,大小相等大小相等, ,故故C C项项 错误错误; ;选手摆动到最低点过程中选手摆动到最低点过程中, ,加速度大小和方向都变化加速度大小和方向都变化, ,故故D D项错误。项错误。 2.(20202.(2020台州高一检测台州高一检测) )如图所示为杭州乐园的“摩天轮”如图所示为杭州乐园的“摩天轮”, ,它的直径达它的直径达5050米。米。 游人乘坐时游人乘坐时, ,转轮始终不停地匀速转动。关于乘客在乘坐过程中的分析转轮始终不停地匀速转动。关于乘客在乘坐过程中的分析,
27、 ,下列说下列说 法中正确的是法中正确的是 ( ( ) ) A.A.每个乘客都在做加速度为零的匀速运动每个乘客都在做加速度为零的匀速运动 B.B.每个乘客所受的合外力都不等于零每个乘客所受的合外力都不等于零 C.C.每个乘客对座位的压力大小保持不变每个乘客对座位的压力大小保持不变 D.D.乘客到达摩天轮的最高点时处于“完全失重”状态。乘客到达摩天轮的最高点时处于“完全失重”状态。 【加固训练加固训练】 1.(1.(多选多选) )在图示光滑轨道上在图示光滑轨道上, ,小球滑下经平直部分冲上圆弧部分的最高点小球滑下经平直部分冲上圆弧部分的最高点A A时时, , 对圆弧的压力为对圆弧的压力为mg,m
28、g,已知圆弧的半径为已知圆弧的半径为R,R,则则 ( ( ) ) A.A.在最高点在最高点A,A,小球受重力和向心力小球受重力和向心力 B.B.在最高点在最高点A,A,小球受重力和圆弧的压力小球受重力和圆弧的压力 C.C.在最高点在最高点A,A,小球的速度为小球的速度为 D.D.在最高点在最高点A,A,小球的向心加速度为小球的向心加速度为2g2g 【解析解析】选选B B、D D。小球在最高点受重力和压力。小球在最高点受重力和压力, ,由牛顿第二定律得由牛顿第二定律得F FN N+mg=ma,+mg=ma,又又 F FN N=mg,=mg,所以所以a=2g,a=2g,故故B B、D D正确。正确
29、。 gR 2.2.如图所示是马戏团中上演的飞车节目如图所示是马戏团中上演的飞车节目, ,在竖直平面内有半径为在竖直平面内有半径为R R的圆轨道。的圆轨道。 表演者骑着摩托车在圆轨道内做圆周运动。已知人和摩托车的总质量为表演者骑着摩托车在圆轨道内做圆周运动。已知人和摩托车的总质量为m,m, 人以人以v v1 1= = 的速度过轨道最高点的速度过轨道最高点B,B,并以并以v v2 2= = v v1 1的速度过最低点的速度过最低点A A。求在。求在A A、 B B两点轨道对摩托车的压力大小相差多少两点轨道对摩托车的压力大小相差多少? ? 2gR3 知识点四知识点四 离心运动离心运动 1.1.离心运
30、动的本质离心运动的本质: :离心运动是物体逐渐远离圆心的一种物理现象离心运动是物体逐渐远离圆心的一种物理现象, ,它的本质是它的本质是 物体惯性的表现。做圆周运动的物体物体惯性的表现。做圆周运动的物体, ,总是有沿着圆周切线飞出去的趋向总是有沿着圆周切线飞出去的趋向, ,之所之所 以没有飞出去以没有飞出去, ,是因为受到指向圆心的力。是因为受到指向圆心的力。 2.2.离心运动的条件离心运动的条件: :做圆周运动的物体做圆周运动的物体, ,提供向心力的外力突然消失或者外力不提供向心力的外力突然消失或者外力不 能提供足够大的向心力。能提供足够大的向心力。 3.3.离心运动、近心运动的判断离心运动、
31、近心运动的判断: :物体做圆周运动是离心运动还是近心运动物体做圆周运动是离心运动还是近心运动, , 由实际提供的向心力由实际提供的向心力F Fn n与所需向心力与所需向心力(m(m 或或mrmr 2 2) )的大小关系决定。 的大小关系决定。 2 v r (1)(1)若若F Fn n=mr=mr 2 2( (或 或m m ),),即“供”满足“需”即“供”满足“需”, ,物体做圆周运动。物体做圆周运动。 (2)(2)若若F Fn nmrmr 2 2( (或 或m m ),),即“供”大于“需”即“供”大于“需”, ,物体做半径变小的近心运动。物体做半径变小的近心运动。 (3)(3)若若F Fn
32、 nmrmr 2 2( (或 或m m ),),即“供”不足即“供”不足, ,物体做离心运动。物体做离心运动。 (4)(4)若若F Fn n=0,=0,物体做离心运动物体做离心运动, ,并沿切线方向飞出。并沿切线方向飞出。 2 v r 2 v r 2 v r 【问题探究问题探究】 水银体温计是我们日常生活中常用的体温测量工具水银体温计是我们日常生活中常用的体温测量工具, ,它的操作简单它的操作简单, ,测量准确。测量准确。 那你知道水银体温计使用之前为什么要甩一下吗那你知道水银体温计使用之前为什么要甩一下吗? ? 提示提示: :在体温计的玻璃泡上方有一段很细的缩口在体温计的玻璃泡上方有一段很细
33、的缩口, ,水银收缩时水银收缩时, ,水银从缩口处断水银从缩口处断 开开, ,管内水银面不能下降管内水银面不能下降, ,指示的仍然是上次测量的温度。因此需要使劲甩一下指示的仍然是上次测量的温度。因此需要使劲甩一下, , 让水银做离心运动让水银做离心运动, ,退回到玻璃泡中。退回到玻璃泡中。 【典例示范典例示范】 【典例典例】如图所示如图所示, ,光滑的水平面上光滑的水平面上, ,小球小球m m在拉力在拉力F F作用下做匀速圆周运动作用下做匀速圆周运动, ,若若 小球到达小球到达P P点时点时F F突然发生变化突然发生变化, ,下列关于小球运动的说法正确的是下列关于小球运动的说法正确的是 ( (
34、 ) ) A.FA.F突然消失突然消失, ,小球将沿轨迹小球将沿轨迹PaPa做离心运动做离心运动 B.FB.F突然变小突然变小, ,小球将沿轨迹小球将沿轨迹PaPa做离心运动做离心运动 C.FC.F突然变大突然变大, ,小球将沿轨迹小球将沿轨迹PbPb做离心运动做离心运动 D.FD.F突然变小突然变小, ,小球将沿轨迹小球将沿轨迹PcPc逐渐靠近圆心逐渐靠近圆心 【素养训练素养训练】 1.(1.(多选多选) )在人们经常见到的以下现象中在人们经常见到的以下现象中, ,属于离心现象的是属于离心现象的是 ( ( ) ) A.A.舞蹈演员在表演旋转动作时舞蹈演员在表演旋转动作时, ,裙子会张开裙子会
35、张开 B.B.在雨中转动一下伞柄在雨中转动一下伞柄, ,伞面上的雨水会很快地沿伞面运动伞面上的雨水会很快地沿伞面运动, ,到达边缘后雨水将到达边缘后雨水将 沿切线方向飞出沿切线方向飞出 C.C.满载黄沙或石子的卡车满载黄沙或石子的卡车, ,在急转弯时在急转弯时, ,部分黄沙或石子会被甩出部分黄沙或石子会被甩出 D.D.守门员把足球踢出后守门员把足球踢出后, ,球在空中沿着弧线运动球在空中沿着弧线运动 2.(2.(多选多选) )下列哪些现象是为了防止物体产生离心运动下列哪些现象是为了防止物体产生离心运动 ( ( ) ) A.A.汽车转弯时要限制速度汽车转弯时要限制速度 B.B.转速很高的砂轮半径
36、不能做得太大转速很高的砂轮半径不能做得太大 C.C.在修筑铁路时在修筑铁路时, ,转弯处内轨要低于外轨转弯处内轨要低于外轨 D.D.离心水泵工作时离心水泵工作时 【解析解析】选选A A、B B、C C。汽车转弯靠静摩擦力提供向心力。汽车转弯靠静摩擦力提供向心力, ,由由F Fn n=m ,=m ,当当v v过大时过大时, , 静摩擦力不足以提供向心力静摩擦力不足以提供向心力, ,产生离心运动带来危害产生离心运动带来危害, ,所以要防止所以要防止, ,故故A A项正确项正确; ; 同理同理, ,转速很高的砂轮半径不能做得太大转速很高的砂轮半径不能做得太大, ,在修筑铁路时在修筑铁路时, ,转弯处
37、内轨要低于外转弯处内轨要低于外 轨也都是防止产生离心运动轨也都是防止产生离心运动, ,故故B B、C C正确正确; ;而离心水泵工作时是离心运动的应用而离心水泵工作时是离心运动的应用, , 故故D D项错误。项错误。 2 v R 【加固训练加固训练】 下列有关洗衣机脱水筒的脱水原理说法正确的是下列有关洗衣机脱水筒的脱水原理说法正确的是( ( ) ) A.A.水滴受离心力作用水滴受离心力作用, ,而沿背离圆心的方向甩出而沿背离圆心的方向甩出 B.B.水滴受到向心力水滴受到向心力, ,由于惯性沿切线方向甩出由于惯性沿切线方向甩出 C.C.水滴受到的离心力大于它受到的向心力水滴受到的离心力大于它受到
38、的向心力, ,从而沿切线方向甩出从而沿切线方向甩出 D.D.水滴与衣服间的附着力小于它所需的向心力水滴与衣服间的附着力小于它所需的向心力, ,于是沿切线方向甩出于是沿切线方向甩出 【解析解析】选选D D。随着脱水筒的转速增加。随着脱水筒的转速增加, ,水滴所需的向心力越来越大水滴所需的向心力越来越大, ,当转速达当转速达 到一定值到一定值, ,水滴所需的向心力水滴所需的向心力F=m F=m 大于水滴与衣服间的附着力时大于水滴与衣服间的附着力时, ,水滴就会水滴就会 做离心运动做离心运动, ,沿切线方向被甩出沿切线方向被甩出, ,故故D D项正确。项正确。 2 v r 【拓展例题拓展例题】考查内
39、容考查内容: :航天器中的失重现象航天器中的失重现象 【典例典例】宇宙飞船中的航天员需要在航天之前进行多种训练宇宙飞船中的航天员需要在航天之前进行多种训练, ,离心试验器是其离心试验器是其 中训练的器械之一。如图所示是离心试验器的原理图中训练的器械之一。如图所示是离心试验器的原理图, ,可以用此试验研究过荷可以用此试验研究过荷 对人体的影响对人体的影响, ,测量人体的抗荷能力。离心试验器转动时测量人体的抗荷能力。离心试验器转动时, ,被测者做匀速圆周运被测者做匀速圆周运 动。现观测到图中的直线动。现观测到图中的直线AB(AB(线线ABAB与舱底垂直与舱底垂直) )与水平杆成与水平杆成3030角
40、角,g,g取取10 m/s10 m/s2 2。 求求 (1)(1)被测试者的加速度大小。被测试者的加速度大小。 (2)(2)被测试者对座位的压力是他所受重力的多少倍被测试者对座位的压力是他所受重力的多少倍? ? 【生活情境生活情境】 离心现象是指做圆周运动的物体离心现象是指做圆周运动的物体, ,在所受向心力突然消失在所受向心力突然消失, ,或者不足以提供圆周或者不足以提供圆周 运动所需的向心力的情况下运动所需的向心力的情况下, ,产生的逐渐远离圆心的运动现象。离心现象在人产生的逐渐远离圆心的运动现象。离心现象在人 们的生产、生活中有广泛的应用们的生产、生活中有广泛的应用, ,例如例如, ,在匀
41、速转动的洗衣机脱水筒内壁上在匀速转动的洗衣机脱水筒内壁上, ,有有 一件湿衣服随圆筒一起转动而未滑动。一件湿衣服随圆筒一起转动而未滑动。 探究探究:(1):(1)衣服随脱水筒做圆周运动的向心力由谁提供衣服随脱水筒做圆周运动的向心力由谁提供? ? (2)(2)怎样使脱水效果更好怎样使脱水效果更好? ? 情境模型素养 【生产情境生产情境】 航天员平时训练时航天员平时训练时, ,为模拟航天器中的失重环境为模拟航天器中的失重环境, ,会使用一种叫作“抛物线飞行”会使用一种叫作“抛物线飞行” 的方法。航天员乘坐飞机以较大仰角向上飞行的方法。航天员乘坐飞机以较大仰角向上飞行, ,到达一定高度后突然关闭发动到达一定高度后突然关闭发动 机机, ,这时机舱内便会出现这时机舱内便会出现20203030秒的短暂失重现象。秒的短暂失重现象。 探究探究:(1)“:(1)“抛物线飞行”产生失重现象的原理是什么抛物线飞行”产生失重现象的原理是什么? ? (2)(2)它和航天器中的失重现象产生的原因有什么区别它和航天器中的失重现象产生的原因有什么区别?
