高中物理：第五章勻速圓周運(yùn)動(dòng)

1、第五章勻速圓周運(yùn)動(dòng)本章學(xué)習(xí)提要1 .理解物體做圓周運(yùn)動(dòng)的原因：理解向心加速度和向心力的概念；知道向心力和哪些因素有關(guān),能計(jì)算向心加速度和向心力,從而加深對力和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化關(guān)系的理解.2 .知道圓周運(yùn)動(dòng)在解釋月球運(yùn)動(dòng)、測量分子速度、解決車輛轉(zhuǎn)彎問題等方面的廣泛應(yīng)用O3 .知道離心現(xiàn)象及其應(yīng)用.本章由根底型課程中圓周運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律,拓展到圓周運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)原因,進(jìn)一步加深對牛頓運(yùn)動(dòng)定律這一普遍規(guī)律的理解.同時(shí),通過對圓周運(yùn)動(dòng)的探究,感受“以直代曲的思想方法,通過學(xué)習(xí)圓周運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用,體驗(yàn)物理知識與生產(chǎn)生活的聯(lián)系,在學(xué)習(xí)離心力的過程中感悟生活語言和科學(xué)概念的區(qū)別,學(xué)習(xí)用科學(xué)知識來熟悉和描述自然現(xiàn)象.A

2、向心加速度向心力一、學(xué)習(xí)要求理解向心力,能夠計(jì)算向心力.理解向心加速度,能用相關(guān)公式計(jì)算向心加速度,能分析質(zhì)點(diǎn)在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí),恰能經(jīng)過最高點(diǎn)的受力情況.通過探究向心力與哪些因素有關(guān)的實(shí)驗(yàn)過程感受科學(xué)探窕的根本方法,并培養(yǎng)細(xì)致嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)作風(fēng).二、要點(diǎn)辨析1 .向心力是變力向心力是一個(gè)矢量,既有大小,也有方向.物體做圓周運(yùn)動(dòng),必須要有向心力不斷改變物體的速度方向,而向心力本身也總是指向圓心不斷改變方向,因此向心力是變力,而且無論物體做圓周運(yùn)動(dòng)的速度大小是否改變,向心力都是變力,只不過當(dāng)物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí),向心力的大小保持不變.2 .向心力有來源首先要明白,向心力是以作用效果來命名的,它

3、不是和重力、彈力、摩擦力并列的某種特殊性質(zhì)的力.因此,任何實(shí)際存在的力都可以作為向心力,也就是說重力、彈力、摩擦力都可以作為向心力.提供向心力的物體可以在圓心,例如鏈球的圓周運(yùn)動(dòng)靠位于圓心的運(yùn)動(dòng)員以手的限制來實(shí)現(xiàn)：也可以不在圓心,例如圓軌道對小車提供向心力,向心力的來源就不在圓心上.還有一個(gè)問題,向心力是合力還是分力,這要看具體情況.向心力可以是合力也可以是某個(gè)力的分力,在根底型教材中我們只討論一個(gè)為提供向心力的情況,其實(shí)多個(gè)力提供向心力的例子也很多,例如物體在豎直平面內(nèi)做網(wǎng)周運(yùn)動(dòng),就涉及一個(gè)以上的力提供向心力.當(dāng)物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí),向心力就是合力；當(dāng)物體做一般圓周運(yùn)動(dòng)時(shí),如果速度大小也發(fā)生

4、變化,向心力僅僅是合力的一個(gè)分力,另一個(gè)分力沿著圓周切線方向,使速度的大小發(fā)生變化.3 .向心力不做功由于向心力指向圓心,與做圓周運(yùn)動(dòng)的物體的速度方向總是垂直,它只改變速度的方向,不改變速度的大小,因此,向心力總是不做功.當(dāng)然,如果做圓周運(yùn)動(dòng)的物體的速度大小發(fā)生變化,這是沿著圓周切線方向的力作用的結(jié)果,這個(gè)切向力顯然是做功的,不過它不是向心力.三、例題分析【例如1】如圖5-1所示,一個(gè)大輪A通過皮帶帶動(dòng)小輪B一起轉(zhuǎn)動(dòng),小輪B與另一大輪C為同軸輪軸,假設(shè)皮帶和A輪、B輪之間沒有滑動(dòng),Ra=Rc=3Rb=3R.a.b、c分別為A、B、C三個(gè)輪邊緣上的點(diǎn),C輪上的d點(diǎn)離轉(zhuǎn)軸O'的距離為&am

5、p;d=",A輪上的e點(diǎn)離轉(zhuǎn)軸O的距離為Re=1.5Ra求a、b、cd、e五點(diǎn)的：1線速度之比：2角速度之比；3向心加速度之比.【分析】在傳動(dòng)裝置中,與皮帶接觸的各點(diǎn)具有相同的線速度,可知Va=Vb,而同軸輪上的各點(diǎn)具有相同的角速度可知必=以,3b=3c=3d,利用這些特點(diǎn),即可求解,【解答】(1)由匕：Pe=3A3K：3A1.5R=2：1：由Vb-Vc:VAGbR:COB3R:COB2H=1：3：2,由于"Va=Vb,可知：11=1：1：最后可得匕：Vb：L：Vd：Ve=2：2：6：4：lo(2)由Va=V,b»得3a3R=3bR,Sa:3b=1：3,由于CO2

6、=COe以及3b=3c=3d.可得如：Sb：3c：3d：5=1：3：3：3：1°(3)：Gb：Z：Oe=COAT3R:COBTR:3B2>3R:C9B2*2R:COATL5R=2:6:18：12：E【例如2光滑水平板中央有一個(gè)無摩擦小孔,用一輕細(xì)繩一端拴一小球,另一端穿過小孔被力產(chǎn)拉著,使小球在板上做勻速圓周運(yùn)動(dòng),軌道半徑為R,如下圖.逐漸加大拉力,使球運(yùn)動(dòng)的半徑逐漸減小,當(dāng)拉力逐漸增大到8尸,球運(yùn)動(dòng)的軌道半徑逐漸減少到R2此過程中對小球運(yùn)動(dòng)的正確描述是A線速度大小不變,角速度增大B線速度、角速度都不變C線速度、角速度都增大D線速度增大,角速度大小不變【分析】此題中繩的拉力就是

7、小球的向心力,向心力增大,小球質(zhì)量不變,所以向心加速度也增大,由向心加速度公式.=6?r=3可知,當(dāng).增大,7減小時(shí)3必然增大,而且.增大到8倍,7減小到1/2,V也應(yīng)該增大.【解答】正確答案應(yīng)該選C.【討論】我們知道向心力是不能改變速度大小的,為什么此題中小球速度會(huì)增大呢？原來在小球運(yùn)動(dòng)半徑不斷減小的過程中,小球的運(yùn)動(dòng)軌跡不是一個(gè)圓,而是沿所謂“螺線運(yùn)動(dòng),繩的拉力在“螺線的切線方向有一個(gè)分力,使小球速度不斷增加.四、根本練習(xí)1 .物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí),以下說法中正確的選項(xiàng)是A必須受到恒力的作用B物體所受合力必須等于零C物體所受合力大小可能變化D物體所受合力大小不變,方向不斷改變2 .一個(gè)做勻

8、速圓周運(yùn)動(dòng)的質(zhì)點(diǎn),如果它的軌道半徑不變,周期增大,那么它的A速度增大,加速度增大B速度增大,加速度減小C速度減小,加速度增大D速度減小,加速度減小3 .質(zhì)量為6XlPkg的汽車,以lOm/s的速度駛過半徑為80m的圓環(huán)形車道,求汽車的向心加速度和所需的向心力.4 .甲、乙兩質(zhì)點(diǎn)都做勻速圓周運(yùn)動(dòng),甲的質(zhì)量是乙的質(zhì)量的g,甲的圓周半徑是乙的,當(dāng)中轉(zhuǎn)動(dòng)60圈時(shí),乙轉(zhuǎn)動(dòng)45圈,那么甲、乙運(yùn)動(dòng)周期之比為,甲、乙兩質(zhì)點(diǎn)的向心加速度之比為,向心力之比為.5 .從式片內(nèi).看好似.跟成正比,從式.=?看好似.跟7成反比.如果有人問你：向心加速度的大小跟半徑成正比還是成反比“,應(yīng)該怎樣答復(fù)？6 .一個(gè)被細(xì)繩拉住的

9、小球加,在光滑水平而上做勻速圓周運(yùn)動(dòng),圓心為0.在運(yùn)動(dòng)過程中,細(xì)繩被固定在光滑平面上的一枚鐵釘P擋住,如下圖.這時(shí)小球的線速度,角速度,加速度,細(xì)繩的拉力填變大、變小、不變7 .在某傳動(dòng)裝置中有A、B兩輪,它們以皮帶相連,如下圖.假設(shè)A、B兩輪的半徑之比為3：1,那么A、B兩輪邊緣質(zhì)點(diǎn)的向心加速度的比多大？8 .線的一端系一個(gè)重物,手執(zhí)線的另一端使重物在光滑水平桌面上做勻速圓周運(yùn)動(dòng),當(dāng)轉(zhuǎn)速相同時(shí),線長易斷,還是線短易斷？為什么？如果重物運(yùn)動(dòng)時(shí)系線被桌上的一個(gè)釘子擋住,隨后重物以不變的速率在系線的牽引下繞釘子做圓周運(yùn)動(dòng),系線碰釘子時(shí)釘子離重物越遠(yuǎn)線易斷還是越近線易斷？為什么？9 .如下圖,有一個(gè)

10、質(zhì)量為,的木塊,從內(nèi)壁粗糙的半球形碗邊下滑,在下滑過程中,如果由于摩擦作用,木塊的速率恰能保持不變,以下說法中正確的選項(xiàng)是A因木塊的速率不變,說明它的加速度為零,合外力也為零B木塊下滑的過程中,所受到的合外力越來越大C木塊下滑的過程中,摩擦力的數(shù)值不變D木塊下滑的過程中,加速度數(shù)值恒定,方向不斷改變,始終沿著半徑指向圓心10 .質(zhì)量為m的小球用長為7的線懸掛在.點(diǎn),在O點(diǎn)正下方9處有一光滑的釘子d,把小球拉到與d在同一水平面的位置,擺線被釘子攔住,如下圖,再將小球從靜止釋放.當(dāng)球第一次通過最低點(diǎn)P時(shí)A小球速率忽然減小B小球角速度忽然減小C小球的向心加速度忽然減小D擺線上的張力忽然減小11 .如

11、下圖,兩個(gè)半徑不同而內(nèi)壁光滑的半圓軌道固定在地面,一個(gè)小球先后從與球心在同一高度的A、B兩點(diǎn)由靜止開始自由下滑,通過兩軌道最低點(diǎn)時(shí)A小球?qū)绍壍赖膲毫ο嗤珺小球?qū)绍壍赖膲毫Σ煌珻小球的向心加速度不相等D小球的向心加速度相等12 .一小球做半徑為,的勻速圓周運(yùn)動(dòng),線速度大小為、,假設(shè)該小球速度矢量變化的大小也是V,所需的最短時(shí)間是13 .如下圖,在光滑的水平面上釘兩個(gè)釘子A和B,相距20cm,用一根1m長的細(xì)繩,一端系一質(zhì)量為0.4kg的小球,另一端固定在釘子A上,開始時(shí)小球與A、B兩釘在同一直線上,如下圖,然后使小球以2m/s的速率在水平而上做勻速圓周運(yùn)動(dòng),如果繩所能承受的拉力為4N,問從小

12、球開始運(yùn)動(dòng)到繩被拉斷經(jīng)歷了多長時(shí)間？14 .一根長為L的均勻細(xì)桿可以繞通過其一端的水平軸O在豎直平而內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng),桿最初處于水平位置,桿上離軸O距離為.處放有一可視為質(zhì)點(diǎn)的小物體,桿與其上小物體最初均處于靜止?fàn)顟B(tài),如圖所示,假設(shè)此桿忽然以勻角速度3順時(shí)針繞O軸轉(zhuǎn)動(dòng),問當(dāng)3取什么值時(shí),小物體與桿可能相碰？15 .除了根據(jù)牛頓第二定律,由向心力公式推出向心加速度公式外,我們還可以直接用運(yùn)動(dòng)學(xué)知識推出向心加速度公式,請閱讀以下推導(dǎo)過程,并說出其中表達(dá)了什么重要的思想.如圖(a)所示,質(zhì)點(diǎn)沿半徑為,的圓周做勻速圓周運(yùn)動(dòng),在某時(shí)刻處于A點(diǎn),速度是va,經(jīng)過很短的時(shí)間Z后,運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn),速度是VB.在圖(b)中,

13、根據(jù)矢量相加的運(yùn)算法那么,質(zhì)點(diǎn)從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)時(shí)速度的變化量為、,A、B兩點(diǎn)的速度和速度的變化量構(gòu)成一個(gè)矢量三角形,質(zhì)點(diǎn)在Af時(shí)間內(nèi)的平均加速度,平均加速度的方向就是矢量、,的方向.當(dāng)加趨近于零時(shí),B點(diǎn)無限靠近A點(diǎn),平均加速度的極限就是質(zhì)點(diǎn)在A點(diǎn)的瞬時(shí)加速度.在圖(b)中,k和vb的大小相等,當(dāng)加趨近于零時(shí),心和小的夾角也趨近于零,這時(shí)Av的方向就垂直于2,即沿著半徑指向圓心,因此,質(zhì)點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí),它在任一點(diǎn)的瞬時(shí)加速度都是沿著半徑指向圓心的,我們就把勻速圓周運(yùn)動(dòng)的加速度叫做向心加速度,向心加速度反映了速度方向的變化Av快慢°那么向心加速度的大小是多少呢？推導(dǎo)過程如下,由加速度

14、的定義可知,當(dāng)加趨近于零時(shí),圖(b)中的角也趨近于零,此時(shí)A6角所對的弧長和弦長期的差異可以忽略,即Av=必應(yīng)因此,.=專=>3=9o運(yùn)用線速度與角速度的關(guān)系,還可ZAcnri得出%,這就是我們前面用實(shí)驗(yàn)和牛頓定律得出的向心加速度公式.B圓周運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用一、學(xué)習(xí)要求理解圓周運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用,如月亮圍繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)而不掉下來,運(yùn)用圓周運(yùn)動(dòng)測定分子速度,以及相關(guān)計(jì)算,并能運(yùn)用圓周運(yùn)動(dòng)的原理解釋過山車、車輛轉(zhuǎn)彎、車輛過橋等有關(guān)現(xiàn)象.本節(jié)的學(xué)習(xí)要結(jié)合生活、生產(chǎn)和科學(xué)研究中的實(shí)例,充分運(yùn)用圓周運(yùn)動(dòng)的力學(xué)原理.通過牛頓對月球運(yùn)動(dòng)的分析,熟悉科學(xué)類比的方法,通過圓周運(yùn)動(dòng)知識的廣泛運(yùn)用體驗(yàn)科學(xué)知識對人類的巨大奉獻(xiàn),

15、二、要點(diǎn)辨析1 .做圓周運(yùn)動(dòng)的質(zhì)點(diǎn),加速度方向與速度方向的關(guān)系做圓周運(yùn)動(dòng)的質(zhì)點(diǎn),加速度方向與速度方向不在一條直線上,如果質(zhì)點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng),速度沿圓周切線方向,加速度沿半徑方向,加速度方向與速度方向相互垂直.如果質(zhì)點(diǎn)做速度大小變化的圓周運(yùn)動(dòng),速度仍沿圓周切線方向,加速度既不沿半徑方向,也不沿切線方向,而與半徑成某個(gè)角度.2 .月球不掉到地球上的原因月球以一定速度繞地球運(yùn)動(dòng),地球?qū)υ虑虻囊η『镁褪窃铝晾@地球運(yùn)動(dòng)所需的向心力,其效果是不斷改變月球速度的方向,使其繞地球做圓周運(yùn)動(dòng),因此月球不會(huì)落到地球上來.如果地球?qū)υ虑虻囊ι源笠稽c(diǎn),或者月球的速度稍小一些,月球也會(huì)逐漸落向地球.3 .對課本第5

16、6頁例如1的分析該題有一定的難度,關(guān)鍵在于要理解圓周運(yùn)動(dòng)是一種周期運(yùn)動(dòng),對通過同樣距離的速度不同的粒子來說,只要圓筒恰好轉(zhuǎn)過整數(shù)圈,多轉(zhuǎn)幾圈少轉(zhuǎn)幾圈落點(diǎn)都相同.而空樽有余數(shù)說明圓筒轉(zhuǎn)過整數(shù)圈后又轉(zhuǎn)過一定角度,余數(shù)大小與該角度大小有關(guān),如果余數(shù)相同,速度不同的兩種粒子落在同一點(diǎn),如果余數(shù)不相同,速度不同的兩種粒子落在不同的兩點(diǎn).4 .質(zhì)點(diǎn)在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)質(zhì)點(diǎn)在豎直平而內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)涉及多個(gè)物體提供向心力,雖然不要求對此種情況進(jìn)行定量計(jì)算,但應(yīng)該對質(zhì)點(diǎn)在最高點(diǎn)和最低點(diǎn)處的運(yùn)動(dòng)情況進(jìn)行正確的定性分析,分析時(shí)為了明白質(zhì)點(diǎn)受哪些力的作用,這些力的大小關(guān)系如何,向心加速度沿什么方向,要運(yùn)用受力分析方法

17、和牛頓第二定律.三、例題分析【例如1】一輛重心很低的汽車在水平面上沿半徑R=90m的彎道行駛,如果車輪與地而間最大靜摩擦力等于汽車的重力,求汽車通過彎道的最大速度應(yīng)多少？(gmiOnVs2)【分析】使汽車做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由最大靜摩擦力提供.【解答】Fft=JFfinax=Higa由于尸向,得v=:90X10m/s=30m/s.【討論】雨天路而濕滑,靜摩擦力成為原來的;,怎樣才能在原彎道平安行駛.兩球最終相對光滑桿靜止,求證此時(shí)以【例如2圖5-3為驗(yàn)證向心力和質(zhì)量、半徑之間關(guān)系的一種實(shí)驗(yàn)儀器,球A和B可以在光滑桿00,上無摩擦地滑動(dòng),兩球之間用一根線連接,等于Eb,兩球離轉(zhuǎn)軸的距離分別小和均.

18、當(dāng)儀器以轉(zhuǎn)速n勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),【分析】兩球繞轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí),向心力由線的拉力提供.兩球所受拉力大小相等方向相反,而且每個(gè)拉力都可用向心力公式計(jì)算.【解答】由向心力公式可得FA=co2rAmA=4n2n2rAniA,FbCOV-BnlB=47T27r7'BZHB,由于一根繩兩端的拉力相等,即尸、丁妨7A1I止得一=7,7-A=T.7R機(jī)Akk四、根本練習(xí)1.旋轉(zhuǎn)餐廳轉(zhuǎn)動(dòng)一周的時(shí)間約為一小時(shí),餐桌離轉(zhuǎn)軸的距離約為20m,請通過估算,說明就餐的顧客為什么感覺不到向心力的作用.2 .在道路濕滑的情況下,無論行路還是駕車,都要降低速度轉(zhuǎn)彎,這是什么原因？3 .一輛質(zhì)量機(jī)=26103kg的汽車在水平公路上

19、行駛,經(jīng)過半徑r=50m的彎路時(shí),如果車速v=72km'h,這輛汽車會(huì)不會(huì)發(fā)生側(cè)滑？輪胎與路面間的最大靜摩擦力Fi=1.4x104Nc4 .運(yùn)用圓周運(yùn)動(dòng)的知識可以測定子彈的速度.圖中紙質(zhì)圓筒繞中央軸0以角速度3順時(shí)針旋轉(zhuǎn),子彈以一定速度沿與軸線平行的方向,從圓筒的一個(gè)底面的A點(diǎn)射入,從另一個(gè)底而的B點(diǎn)射出,射入點(diǎn)與射出點(diǎn)所在半徑的夾角為仇假設(shè)圓筒的長度為/,求子彈的速度3立體圖5.如圖中所示,為什么賽車場和鐵軌的彎道處,路基都要設(shè)計(jì)成傾斜的？6 .圖中所示的光滑水平面中央有一圓孔,一根細(xì)線穿過圓孔,它的兩端分別跟質(zhì)量為膽的小球和質(zhì)量為河的鉤碼相連,如果小球在水平面上做半徑為7,的勻速圓

20、周運(yùn)動(dòng),鉤碼位置保持不變,小球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力是多少？線速度是多少？在運(yùn)動(dòng)過程中,如果小球的線速度減小了,將會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象？7 .質(zhì)量為6X103kg的汽車,以10m/s的速度駛過半徑為80m的圓環(huán)形水平車道,那么地而與輪胎間摩擦因數(shù)至少為多大,才能提供足夠的向心力,保證行車平安？8 .飛機(jī)進(jìn)行特技飛行表演時(shí),在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng),假設(shè)圓周半徑廠=200ni,飛行員的質(zhì)量m=75kg,飛機(jī)經(jīng)過最高點(diǎn)P時(shí)飛行員對座位的壓力恰好為零.求此時(shí)飛機(jī)的速度大小.9.在質(zhì)量為河的小桶中盛上質(zhì)量為7的水,小桶拴在長為/的繩子一端,繩的另一端用手握住,使小桶在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng),為使水不從小桶內(nèi)流出

21、,小桶轉(zhuǎn)到最高點(diǎn)時(shí)的線速度至少應(yīng)該多大？10 .如圖為蔡特夏(Zartnian)用了測定分子速度大小的裝置.O是一個(gè)小爐,金屬銀在其中熔化并蒸發(fā),銀原子由小孔逸出,穿過狹縫S1、S2成分子射線進(jìn)入抽空區(qū)域,圓筒C可繞水平軸A以角速度3=100ra&s轉(zhuǎn)動(dòng).假設(shè)C不轉(zhuǎn),分子束穿狹縫S2進(jìn)入圓筒,投射到弧形玻璃板G上的bi點(diǎn),并粘附在該處.當(dāng)C以角速度3轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),將發(fā)現(xiàn)有分子粘附在G板上的b2處,量得瓦和b?間的弧長s=lcm,圓筒半徑為R=10cm,且Abi=Ab2=r=9cm.試求這些分子的速度大小.11 .圖中過山車由a點(diǎn)從靜止出發(fā)依次通過b、c、d點(diǎn),請根據(jù)該圖提出有關(guān)的物理問題,看

22、誰提的問題又多又好,看誰能答復(fù)提出的問題.12.閱讀以下短文,并用自己的語言答復(fù)“履帶式兩棲裝甲車是如何在水上行走的,如你認(rèn)為還沒有完全講清楚,請查找有關(guān)資料進(jìn)一步說明.履帶式兩棲裝甲車是如何在水上行走的？坦克裝甲車號稱陸軍之王,圖中是中國新型反恐兩棲裝甲戰(zhàn)車首次下水試航.它們在攻擊水平、機(jī)動(dòng)水平和防護(hù)水平的結(jié)合上具有其他任何軍事裝備都無法比較的獨(dú)特優(yōu)勢,無論多么復(fù)雜的地形,都擋不住它們滾滾向前的步伐.我國和世界上許多國家都擁有以坦克裝甲車為主要裝備的機(jī)械化部隊(duì).其中的履帶式兩棲裝甲車及其各種變型車,不僅能爬坡越溝,而且能涉水渡河：不僅具有良好的越野性能,而且兼?zhèn)湟欢ǖ母《伤?人們一定會(huì)問：

23、這種由鋼鐵堆成的龐然大物,是如何在水上行走的呢？船在水上行走,小船靠櫓桐,靠雙槳,大船靠由發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的螺旋槳.那么履帶式兩棲裝甲車靠什么呢？履帶式兩棲裝甲車主要靠由發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的履帶劃水.履帶就好比是裝甲車在陸地上行走的雙腳,在水上行走的雙槳.大家知道,履帶在水中的某一階段做圓周運(yùn)動(dòng)(其余階段做直線運(yùn)動(dòng)),但就如同電風(fēng)扇在空中旋轉(zhuǎn)一樣,一般只會(huì)在原地轉(zhuǎn)動(dòng),是不能前進(jìn)的,兩棲裝甲車的研制人員,在履帶的上方以及前后兩端,給它裝上位置和尺寸恰當(dāng)?shù)膿跄喟搴蛽跛?其在水上的功能就是減小履帶劃水時(shí)水對上半局部履帶的反作用力,使車輛得以前進(jìn)或后退.靠履帶劃水,行駛的速度是很慢的,一般一小時(shí)走7km左右.為了

24、提升速度,研制人員除在不超重的前提下增大發(fā)動(dòng)機(jī)馬力之外,還想了許多輔助的方法,比方,在車體尾部加裝噴水推進(jìn)器或螺旋槳推進(jìn)器,在甲板上安裝防浪板.特別是改良車體的形狀,由擋水型改為滑水型流線型,在流體動(dòng)力的作用下,隨著速度的增加,車體的入水局部將逐漸被托出水面,以減少水的阻力.現(xiàn)在世界上先進(jìn)的兩棲裝甲突擊車,其航速已達(dá)每小時(shí)30km以上.C離心現(xiàn)象一、學(xué)習(xí)要求知道發(fā)生離心現(xiàn)象的原因,并能聯(lián)系課本中的實(shí)際例子說明離心現(xiàn)象的應(yīng)用和防范.通過學(xué)習(xí)利用和防范離心現(xiàn)象的實(shí)例,感受科學(xué)知識轉(zhuǎn)化為技術(shù)應(yīng)用的過程.通過防范離心象的實(shí)例,懂得關(guān)愛生命,注重平安的意義.通過對離心力概念的剖析,增強(qiáng)科學(xué)表述見解意識.

25、二、要點(diǎn)辨析1 .產(chǎn)生離心現(xiàn)象的原因簡單地說,產(chǎn)生離心現(xiàn)象的原因是原來做圓周運(yùn)動(dòng)的物體,向心力忽然消失或減少.當(dāng)物體所受外力與所需的向心力具有不同關(guān)系時(shí),將發(fā)生不同的現(xiàn)象-如果合外力等于物體所需的向心力時(shí),物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)；做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí),假設(shè)合外力忽然等于零,物體由于慣性做勻速直線運(yùn)動(dòng),逐漸遠(yuǎn)離圓心：當(dāng)合外力小于物體所需向心力而不等于零時(shí),物體脫離原來的圓周軌道,逐漸遠(yuǎn)離圓心沿某曲線運(yùn)動(dòng)：當(dāng)合外力大于物體所需向心力時(shí),物體脫離原來的圓周軌道,逐漸接近圓心沿某曲線運(yùn)動(dòng).合外力不等于所需向心力時(shí),物體運(yùn)動(dòng)曲線的形狀取決于合外力的變化情況和物體的初速度.2 .離心節(jié)速器離心節(jié)速器的結(jié)構(gòu)看上去十

26、分復(fù)雜,其實(shí)只要抓住“離心式飛錘這一主要構(gòu)件,就不難掌握它的工作原理.當(dāng)與“離心式飛錘相連的轉(zhuǎn)軸不轉(zhuǎn)時(shí),飛錘下垂至最低位置.當(dāng)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),飛錘隨之一起轉(zhuǎn)動(dòng),位置上升,由連接飛錘的拉桿提供向心力-轉(zhuǎn)速越高,所需向心力越大,飛錘的位置也越高,再通過套筒帶動(dòng)限制機(jī)構(gòu),限制動(dòng)力大小,從而到達(dá)限制轉(zhuǎn)速的目的.課本圖5-29中套筒與杠桿相連,通過杠桿限制蒸汽閥門,從而限制蒸汽流量,到達(dá)限制機(jī)軸轉(zhuǎn)速的目的,該圖中蒸汽帶動(dòng)機(jī)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的局部未畫出.3 .預(yù)防車輛轉(zhuǎn)彎打滑車輛轉(zhuǎn)彎打滑是一個(gè)離心現(xiàn)象,它是在路而所能提供的向心力小于車輛所需要的向心力的條件下發(fā)生的.因此,我們可以從兩方面來考慮如何預(yù)防打滑,一方面考慮車

27、輛轉(zhuǎn)彎需要的向心力與什么因素有關(guān),另一方面考慮提供的向心力與什么因素有關(guān),就不難提出預(yù)防打滑的建議.4 .“離心力“離心力這個(gè)概念不科學(xué).雖然我們經(jīng)常聽到或說起“離心力三個(gè)字,學(xué)過物理課程以后希望大家要養(yǎng)成科學(xué)思維的習(xí)慣,再不要用“離心力這個(gè)“詞了,為什么呢？首先,'離心力不是“向心力的反作用力,由于“向心力是以效果來命名的,它是真實(shí)存在的,而如果認(rèn)為“高心力作用在發(fā)生離心現(xiàn)象的物體上,我們將找不到施力物.同時(shí),我們也找不到“離心力的受力物,我們不能認(rèn)為“離心力是作用在發(fā)生離心現(xiàn)象的物體上,由于發(fā)生離心現(xiàn)象的原因已經(jīng)分析得很清楚,是向心力減少或向心力消失,并不需要“離心力存在.學(xué)過物理

28、課程后,我們應(yīng)該能識別習(xí)慣中普遍使用的某些錯(cuò)誤概念.三、例題分析【例如】圖中轉(zhuǎn)臺可繞其中央豎直軸轉(zhuǎn)動(dòng),轉(zhuǎn)臺中央放一個(gè)質(zhì)量為ni的物體A,轉(zhuǎn)臺上離中央距離為/處再放一個(gè)質(zhì)量同為的物體B,兩物體與水平臺面的最大靜摩擦力等于各自重力的左倍,現(xiàn)用一根不可伸長的輕質(zhì)繩將它們連接在一起,當(dāng)轉(zhuǎn)臺勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),要使物體與轉(zhuǎn)臺間不發(fā)生相對滑動(dòng),試分析兩物體的受力情況,并答復(fù)轉(zhuǎn)臺的角速度是否有最大值.【解答】首先確定B物體為研究對象,當(dāng)轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),B物體隨轉(zhuǎn)臺做勻速圓周運(yùn)動(dòng),開始僅靠指向圓心的靜摩擦力即可維持圓周運(yùn)動(dòng),當(dāng)角速度增大時(shí),還需要繩的拉力,在豎直方向上,B物體受到的重力次g和轉(zhuǎn)臺對B物體的支持力Fnb相平

29、衡,其受力示意圖如圖b所示,而A物體受力示意圖如圖a所示,A作為位于軸心的質(zhì)點(diǎn),不做圓周運(yùn)動(dòng),沿半徑方向的靜摩擦力和繩的拉力平衡,說明繩的拉力也有最大值,就是A物體受到的最大靜摩擦力.于是,使B物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由B物體受到的靜摩擦力和繩對B物體的拉力提供,如果轉(zhuǎn)速越大,所需靜摩擦力也越大,直至到達(dá)最大靜摩擦力.也就是說轉(zhuǎn)臺的角速度有最大值,超過最大值,兩物體都要被甩出平臺.(b)四、根本練習(xí)1 .在人們常見到的以下現(xiàn)象中,屬于離心現(xiàn)象的是A舞蹈演員在表演旋轉(zhuǎn)動(dòng)作時(shí),裙子會(huì)張開B在雨中假設(shè)把傘柄轉(zhuǎn)動(dòng)一下,傘面上的雨水將會(huì)很快地沿傘面運(yùn)動(dòng),到達(dá)邊緣后雨水將沿切線方向飛出C滿載黃砂或石子的

30、卡車,在急轉(zhuǎn)彎時(shí),局部黃砂或石子會(huì)被甩出D守門員把足球踢出后,球在空中沿著弧線運(yùn)動(dòng)2 .一圓盤可繞通過圓盤中央0且垂直于盤面的豎直軸轉(zhuǎn)動(dòng).在圓盤上放置一木塊,當(dāng)圓盤勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),木塊隨圓盤一起運(yùn)動(dòng),那么此時(shí)A木塊受到圓盤對它的摩擦力,摩擦力方向背離圓盤中央B木塊受到圓盤對它的摩擦力,摩擦力方向指向圓盤中央C由于摩擦力總是阻礙物體運(yùn)動(dòng),所以木塊所受圓盤對它的摩擦力的方向與木塊的運(yùn)動(dòng)方向相反D由于圓盤與木塊是相對靜止的,所以圓盤與木塊之間無摩擦力3 .物體放置在旋轉(zhuǎn)的水平圓臺上,當(dāng)圓臺的轉(zhuǎn)速增大時(shí),該物體仍與圓臺保持相對靜止,那么A物體所受的靜摩擦力增大B物體對圓臺的彈力增大C圓臺對物體的最大靜摩擦

31、力增大D物體所受的合力增大4 .有一種大型游戲器械,它是一個(gè)圓筒形的大容器,游客進(jìn)入容器后靠筒壁坐著,如下圖.當(dāng)圓筒開始轉(zhuǎn)動(dòng),轉(zhuǎn)速逐漸增大時(shí),游客會(huì)感到自己被緊緊地壓在筒壁上不能動(dòng)彈.當(dāng)轉(zhuǎn)速增大到一定程度時(shí),忽然地板與坐椅一起向下坍落,游客們大吃一驚,但他們都驚奇地發(fā)現(xiàn)自己是平安的.請回答：這時(shí)人們做圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力是由什么力提供的？人們自身所受重力又是被什么力所平衡？5 .水平轉(zhuǎn)臺上放有兩個(gè)物體A和B,它們隨轉(zhuǎn)臺一起勻速轉(zhuǎn)動(dòng)無相對滑動(dòng),如果它們質(zhì)量之比加a：刖b=2：1,離轉(zhuǎn)軸距離之比?。?、=3：2,那么它們所受靜摩擦力之比尸隊(duì)：相=線速度之比VA：VB=.6 .在水平轉(zhuǎn)盤上放兩塊相同木塊A和B,木塊A離轉(zhuǎn)軸較遠(yuǎn),木塊B離轉(zhuǎn)軸較近,當(dāng)轉(zhuǎn)盤越轉(zhuǎn)越快時(shí),木塊B不容易滑動(dòng),木塊A容易飛出,造成這種現(xiàn)象的原因是A由于木塊A受的向心力比較大,向心力幫助它飛出B由于3A>3B,所以木塊A容易打滑而飛出C由于最大靜摩擦力相同,而木塊A所需向心力比木塊B所需向心力大,所以木塊A容易打滑而飛出D由于木塊A、B所受靜摩擦力不同,木塊A所受靜摩擦力大,應(yīng)當(dāng)不容易飛出,故本題所述現(xiàn)象不可能發(fā)生7.在旋轉(zhuǎn)的圓筒內(nèi)壁上緊貼一個(gè)物體,物體隨圓筒一起運(yùn)動(dòng),當(dāng)圓筒的轉(zhuǎn)速增大