第4章第3讲 匀速圆周运动 离心现象(素质训练)
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第3讲 圆周运动一、非选择题1.(2022·河北高三月考)国家雪车雪橇中心位于北京延庆区西北部,赛道全长1 975 m ,垂直落差121 m ,由16个角度、倾斜度都不同的弯道组成,其中全长179 m 的回旋弯赛道是全球首个360°回旋弯道。
2022年北京冬奥会期间,国家雪车雪橇中心将承担雪车、钢架雪车、雪橇三个项目的全部比赛,其中钢架雪车比赛惊险刺激,深受观众喜爱。
测试赛上,一钢架雪车选手单手扶车,助跑加速30 m 之后,迅速跳跃车上,以俯卧姿态滑行。
该选手推车助跑时间为4.98 s ,运动员质量为80 kg ,通过回旋弯道某点时的速度为108 km/h ,到达终点时的速度为124 km/h 。
该选手推车助跑过程视为匀加速直线运动,回旋弯道可近似看作水平面,重力加速度g 取10 m/s 2,结果保留两位有效数字。
求该选手:(1)助跑加速的末速度;(2)以108 km/h 的速度通过回旋弯道某点时钢架雪车对运动员作用力的大小。
[答案] (1)12 m/s (2)2.6×103 N[解析] (1)运动员助跑加速的末速度为v 1,可知s =12v 1t 代入数据,解得v 1=12 m/s 。
(2)回旋弯道全长179 m ,L =2πr ,运动员通过回旋弯道某点时,钢架雪车对运动员作用力设为F ,F y =mg ,F x =m v 2r,代入数据,解得F =F 2x +F 2y =2.6×103N 。
2.(2022·山东新泰月考)如图所示,水平传送带与水平轨道在B 点平滑连接,传送带AB 长度L 0=2.0 m ,一半径R =0.2 m 的竖直圆形光滑轨道与水平轨道相切于C 点,水平轨道CD 长度L =1.0 m ,在D 点固定一竖直挡板。
小物块与传送带AB 间的动摩擦因数μ1=0.9,BC 段光滑,CD 段动摩擦因数为μ2。
当传送带以v 0=6 m/s 沿顺时针方向匀速转动时,将质量m =1 kg 的可视为质点的小物块轻放在传送带左端A 点,小物块通过传送带、水平轨道、圆形轨道、水平轨道后与挡板碰撞,并以原速率弹回,经水平轨道CD 返回圆形轨道。
第四章曲线运动第3讲圆周运动【教学目标】1、理解线速度、角速度和周期的概念;2、理解向心加速度和向心力以及和各物理量间的关系;3、会用牛顿第二定律求解圆周运动问题,并能灵活解决圆周运动中的有关临界问题4、知道离心现象及发生离心现象的条件。
【重、难点】1、会用牛顿第二定律求解圆周运动问题;2、临界问题【知识梳理】1(1)匀速圆周运动是匀变速曲线运动.()(2)物体做匀速圆周运动时,其角速度是不变的.()(3)物体做匀速圆周运动时,其合外力是不变的.()(4)匀速圆周运动的向心加速度与半径成反比.()(5)做匀速圆周运动的物体角速度与转速成正比.( )(6)比较物体沿圆周运动的快慢看线速度,比较物体绕圆心转动的快慢,看周期或角速度.()(7)匀速圆周运动的向心力是产生向心加速度的原因.()(8)做圆周运动的物体所受到的合外力不一定等于向心力.()(9)做圆周运动的物体,一定受到向心力的作用,所以分析做圆周运动物体的受力时,除了分析其受到的其他力,还必须指出它受到向心力的作用.()(10)做匀速圆周运动的物体,当合外力突然减小时,物体将沿切线方向飞出.()(11)做圆周运动的物体所受合外力突然消失,物体将沿圆周的半径方向飞出.()(12)摩托车转弯时速度过大就会向外发生滑动,这是摩托车受沿转弯半径向外的离心力作用的缘故.()(13)在绝对光滑的水平路面上汽车可以转弯.()(14)火车转弯速率小于规定的数值时,内轨受到的压力会增大.()(15)飞机在空中沿半径为R的水平圆周盘旋时,飞机机翼一定处于倾斜状态.()典例精析考点一描述圆周运动的物理量1.圆周运动各物理量间的关系及其理解2.常见的三种传动方式及特点(1)皮带传动:如图甲、乙所示,皮带与两轮之间无相对滑动时,两轮边缘线速度大小相等,即23v A =v B 。
(2)摩擦传动:如图丙所示,两轮边缘接触,接触点无打滑现象时,两轮边缘线速度大小相等,即 v A =v B 。
第4节离心运动1.做圆周运动的物体,在受到的合外力突然消失或者不足以提供圆周运动所需要的向心力的情况下,将远离圆心运动,我们把这种运动称为离心运动。
2.物体做离心运动的条件是物体受到的合外力突然消失或者不足以提供圆周运动所需要的向心力。
3.假设做圆周运动的物体向心力突然消失,物体沿切线方向飞出。
4.离心现象是做圆周运动的物体所受合力减小或合力突然消失时所发生的现象,而不是离心力大于向心力的缘故。
5.当提供向心力的合力大于需要的向心力(F合>mω2r)时,物体将做“近心运动〞。
一、离心运动1.定义做圆周运动的物体,在受到合外力突然消失或者不足以提供圆周运动所需要的向心力的情况下,将远离圆心运动。
2.条件合外力突然消失或合外力不足以提供向心力。
二、离心运动的应用和防止1.应用离心分离器、离心干燥器、脱水筒、离心水泵。
2.危害与防止危害:如过荷太大时,飞行员会暂时失明,甚至昏厥。
防止:如车辆转弯时要限速。
1.自主思考——判一判(1)做离心运动的物体沿半径方向远离圆心。
(×)(2)做圆周运动的物体只有突然失去向心力时才做离心运动。
(×)(3)当半径方向的合外力不足以提供物体做圆周运动所需的向心力时,物体沿圆周与切线之间的曲线做离心运动。
(√)(4)做离心运动的物体一定不受外力作用。
(×)(5)离心运动就是物体在运动中逐渐远离圆心。
(√)2.合作探究——议一议(1)雨天,当你旋转自己的雨伞时,会发现水滴沿着伞的边缘切线飞出,你能说出其中的原因吗?图441提示:旋转雨伞时,雨滴也随着运动起来,但伞面上的雨滴受到的力不足以提供其做圆周运动的向心力,雨滴由于惯性要保持其原来的速度方向而沿切线方向飞出。
(2)高速转动的机械飞轮为什么不能超过允许的最大转速?提示:飞轮转速过高,飞轮上各点都在做圆周运动,当它所需要的向心力超过周围各部分对该点的最大作用力时,会发生飞轮断裂的事故。