高中物理必修二同步專題講義：07 A生活中的圓周運動 基礎(chǔ)版（學(xué)生版）

生活中的圓周運動知識點：生活中的圓周運動一、火車轉(zhuǎn)彎1.如果鐵道彎道的內(nèi)外軌一樣高，火車轉(zhuǎn)彎時，由外軌對輪緣的彈力提供向心力，由于質(zhì)量太大，因此需要很大的向心力，靠這種方法得到向心力，不僅鐵軌和車輪極易受損，還可能使火車側(cè)翻.2.鐵路彎道的特點(1)彎道處外軌略高于內(nèi)軌.(2)火車轉(zhuǎn)彎時鐵軌對火車的支持力不是豎直向上的，而是斜向彎道的內(nèi)側(cè).支持力與重力的合力指向圓心.(3)在修筑鐵路時，要根據(jù)彎道的半徑和規(guī)定的行駛速度，適當(dāng)選擇內(nèi)外軌的高度差，使轉(zhuǎn)彎時所需的向心力幾乎完全由重力G和彈力FN的合力來提供.二、拱形橋汽車過拱形橋汽車過凹形橋受力分析向心力Fn＝mg－FN＝meq\f(v2,r)Fn＝FN－mg＝meq\f(v2,r)對橋的壓力FN′＝mg－meq\f(v2,r)FN′＝mg＋meq\f(v2,r)結(jié)論汽車對橋的壓力小于汽車的重力，而且汽車速度越大，對橋的壓力越小汽車對橋的壓力大于汽車的重力，而且汽車速度越大，對橋的壓力越大三、航天器中的失重現(xiàn)象1.向心力分析：宇航員受到的地球引力與座艙對他的支持力的合力提供向心力，由牛頓第二定律：mg－FN＝meq\f(v2,R)，所以FN＝mg－meq\f(v2,R).2.完全失重狀態(tài)：當(dāng)v＝eq\r(Rg)時，座艙對宇航員的支持力FN＝0，宇航員處于完全失重狀態(tài).四、離心運動1.定義：做圓周運動的物體沿切線飛出或做逐漸遠(yuǎn)離圓心的運動.2.原因：向心力突然消失或合力不足以提供所需的向心力.3.離心運動的應(yīng)用和防止(1)應(yīng)用：離心干燥器；洗衣機(jī)的脫水筒；離心制管技術(shù)；分離血漿和紅細(xì)胞的離心機(jī).(2)防止：轉(zhuǎn)動的砂輪、飛輪的轉(zhuǎn)速不能太高；在公路彎道，車輛不允許超過規(guī)定的速度技巧點撥一、火車轉(zhuǎn)彎問題1.彎道的特點鐵路彎道處，外軌高于內(nèi)軌，若火車按規(guī)定的速度v0行駛，轉(zhuǎn)彎所需的向心力完全由重力和支持力的合力提供，即mgtanθ＝meq\f(v\o\al(2,0),R)，如圖所示，則v0＝eq\r(gRtanθ)，其中R為彎道半徑，θ為軌道平面與水平面間的夾角.圖2.速度與軌道壓力的關(guān)系(1)當(dāng)火車行駛速度v等于規(guī)定速度v0時，所需向心力僅由重力和支持力的合力提供，此時內(nèi)外軌道對火車無擠壓作用.(2)當(dāng)火車行駛速度v>v0時，外軌道對輪緣有側(cè)壓力.(3)當(dāng)火車行駛速度v<v0時，內(nèi)軌道對輪緣有側(cè)壓力.二、汽車過橋問題與航天器中的失重現(xiàn)象1.拱形橋問題(1)汽車過拱形橋(如圖)圖汽車在最高點滿足關(guān)系：mg－FN＝meq\f(v2,R)，即FN＝mg－meq\f(v2,R).①當(dāng)v＝eq\r(gR)時，F(xiàn)N＝0.②當(dāng)0≤v<eq\r(gR)時，0<FN≤mg.③當(dāng)v>eq\r(gR)時，汽車將脫離橋面做平拋運動，易發(fā)生危險.說明：汽車通過拱形橋的最高點時，向心加速度向下，汽車對橋的壓力小于其自身的重力，而且車速越大，壓力越小，此時汽車處于失重狀態(tài).(2)汽車過凹形橋(如圖)圖汽車在最低點滿足關(guān)系：FN－mg＝eq\f(mv2,R)，即FN＝mg＋eq\f(mv2,R).說明：汽車通過凹形橋的最低點時，向心加速度向上，而且車速越大，壓力越大，此時汽車處于超重狀態(tài).由于汽車對橋面的壓力大于其自身重力，故凹形橋易被壓垮，因而實際中拱形橋多于凹形橋.2.繞地球做圓周運動的衛(wèi)星、飛船、空間站處于完全失重狀態(tài).(1)質(zhì)量為M的航天器在近地軌道運行時，航天器的重力提供向心力，滿足關(guān)系：Mg＝Meq\f(v2,R)，則v＝eq\r(gR).(2)質(zhì)量為m的航天員：設(shè)航天員受到的座艙的支持力為FN，則mg－FN＝eq\f(mv2,R).當(dāng)v＝eq\r(gR)時，F(xiàn)N＝0，即航天員處于完全失重狀態(tài).(3)航天器內(nèi)的任何物體都處于完全失重狀態(tài).三、離心運動1.物體做離心運動的原因提供向心力的合力突然消失，或者合力不能提供足夠的向心力.注意：物體做離心運動并不是物體受到“離心力”作用，而是由于合外力不能提供足夠的向心力.所謂“離心力”實際上并不存在.2.合力與向心力的關(guān)系(如圖所示).圖(1)若F合＝mrω2或F合＝eq\f(mv2,r)，物體做勻速圓周運動，即“提供”滿足“需要”.(2)若F合>mrω2或F合>eq\f(mv2,r)，物體做近心運動，即“提供過度”.(3)若0<F合<mrω2或0<F合<eq\f(mv2,r)，則合力不足以將物體“拉回”到原軌道上，而做離心運動，即“提供不足”.(4)若F合＝0，則物體沿切線方向做直線運動.例題精練1．（浙江期中）在高速公路的拐彎處，通常路面都是外高內(nèi)低。如圖所示，在某路段汽車向左拐彎，司機(jī)左側(cè)的路面比右側(cè)的路面低一些。汽車的運動可看作是做半徑為R的圓周運動。設(shè)內(nèi)外路面高度差為h，路基的水平寬度為d，路面的寬度為L，已知重力加速度為g。要使車輪與路面之間的橫向具有向外的運動趨勢（即垂直于前進(jìn)方向），則汽車轉(zhuǎn)彎時的車速應(yīng)為（）A．速度大于 B．速度小于 C．速度等于 D．速度等于2．（浙江期中）如圖為一列火車勻速轉(zhuǎn)彎時的示意圖，以下說法正確的是（）A．利用輪軌間的摩擦力提供向心力 B．火車轉(zhuǎn)彎時，必須按規(guī)定速度行駛，才能使輪緣不受側(cè)向彈力 C．設(shè)計好傾斜角度后，無論火車運行速度多大，一定不受側(cè)向彈力 D．如果火車轉(zhuǎn)彎時，按規(guī)定速度行駛，軌道面支持力恰等于重力隨堂練習(xí)1．（浙江期中）倫敦眼是一個摩天輪，是英國倫敦標(biāo)志性建筑。直徑約為136米，共有32個乘坐艙，每個乘坐艙可載客約16名，轉(zhuǎn)動一圈大概需要30分鐘。坐在其中的游客隨乘坐艙的轉(zhuǎn)動可視為勻速圓周運動，對此有以下說法，其中正確的是（）A．游客受到乘坐艙的作用力大小為游客的重力 B．游客做的是線速度約為0.24m/s C．游客做的是一種勻變速運動 D．游客所處的乘坐艙運動到摩天輪最低位置時，游客處于失重狀態(tài)2．（花都區(qū)校級期中）下列哪些現(xiàn)象利用了離心現(xiàn)象（）A．工作的洗衣機(jī)脫水桶轉(zhuǎn)速很大 B．轉(zhuǎn)速很大的砂輪半徑做得不能太大 C．在修建鐵路時，轉(zhuǎn)彎處內(nèi)軌要低于外軌 D．汽車轉(zhuǎn)彎時要限制速度3．（溫州期中）如圖為雜技演員單手倒立表演“水流星”節(jié)目時的情形，繩子的兩端各用網(wǎng)兜兜住一只盛水的碗，演員用手轉(zhuǎn)動繩子使水碗在豎直面內(nèi)繞手所在位置做圓周運動，當(dāng)水碗處在豎直位置瞬間，對最低處碗中的水受力分析正確的是（）A．只受到向心力作用 B．受重力和向心力作用 C．受重力和離心力作用 D．受重力和碗對它的支持力作用4．（城關(guān)區(qū)校級期中）如圖所示，光滑水平面上，質(zhì)量為m的小球在拉力F作用下做勻速圓周運動。若小球運動到P點時，拉力F發(fā)生變化，下列關(guān)于小球運動情況的說法中正確的是（）A．若拉力突然變大，小球?qū)⒀剀壽EPb做離心運動 B．若拉力突然變小，小球?qū)⒀剀壽EPb做離心運動 C．若拉力突然消失，小球?qū)⒀剀壽EOP做離心運動 D．若拉力突然變小，小球?qū)⒀剀壽EPc做近心運動綜合練習(xí)一．選擇題（共15小題）1．（興慶區(qū)校級期中）有一水平的轉(zhuǎn)盤在水平面內(nèi)勻速轉(zhuǎn)動，在轉(zhuǎn)盤上放一質(zhì)量為m的物塊恰能隨轉(zhuǎn)盤一起勻速轉(zhuǎn)動，則下列關(guān)于物塊的運動正確的是（）A．如果將轉(zhuǎn)盤的角速度增大，則物塊可能沿切線方向飛出 B．如果將轉(zhuǎn)盤的角速度減小，物塊將沿曲線逐漸靠近圓心 C．如果將轉(zhuǎn)盤的角速度增大，物塊將沿曲線逐漸遠(yuǎn)離圓心 D．如果將轉(zhuǎn)盤的周期增大，物塊將沿半徑逐漸靠近圓心2．（菏澤期中）現(xiàn)如今滾筒洗衣機(jī)已經(jīng)走進(jìn)了千家萬戶，極大方便了人們的生活。如圖滾筒洗衣機(jī)脫水時滾筒繞水平轉(zhuǎn)動軸轉(zhuǎn)動，滾筒上有很多漏水孔，滾筒轉(zhuǎn)動時，附著在潮濕衣服上的水從漏水孔中被甩出，達(dá)到脫水的目的。下列說法正確的是（）A．濕衣服上的水更容易在最高點被甩出 B．濕衣服上的水更容易在最低點被甩出 C．洗衣機(jī)的脫水原理是水滴受到了離心力的作用 D．洗衣機(jī)滾筒轉(zhuǎn)動的越快，水滴越不容易被甩出3．（諸暨市校級期中）下列現(xiàn)象中，與離心現(xiàn)象無關(guān)的是（）A．旋轉(zhuǎn)雨傘上的水滴，水滴飛出 B．用洗衣機(jī)脫去濕衣服中的水 C．人走路時不小心被石頭絆了一下，身體向前傾倒 D．運動員將鏈球旋轉(zhuǎn)起來后擲出4．（菏澤期中）如圖所示，勻速轉(zhuǎn)動的圓盤上有一個與圓盤相對靜止的物體，若圓盤表面的摩擦力突然消失，則消失的瞬間物體相對于圓盤的運動方向是（）A．沿切線方向 B．沿半徑指向圓心 C．沿半徑背離圓心 D．遠(yuǎn)離圓心，方向介于該點所在的半徑和切線之間5．（任城區(qū)期中）雨天在野外騎車時，自行車的后輪輪胎上常會黏附一些泥巴，行駛時感覺很“沉重”，如果將自行車后輪撐起，使后輪離開地面而懸空，然后用手勻速搖腳踏板，使后輪飛速轉(zhuǎn)動，泥巴就被甩下來，如圖所示，圖中a、b、c、d為后輪輪胎邊緣上的四個特殊位置，則（）A．泥巴在圖中的a位置時最容易被甩下來 B．泥巴在圖中的b位置時最容易被甩下來 C．泥巴在圖中的c位置時最容易被甩下來 D．泥巴在圖中的d位置時最容易被甩下來6．（中牟縣期中）如圖所示，一個小球在F作用下以速率v做勻速圓周運動，若從某時刻起，小球的運動情況發(fā)生了變化，對于引起小球沿a、b、c三種軌跡運動的原因，下列說法正確的是（）A．沿a軌跡運動，可能是F減小了一些 B．沿b軌跡運動，一定是v增大了 C．沿b軌跡運動，可能是F減小了 D．沿c軌跡運動，一定是v減小了7．（浙江期中）在如圖所示的四種情形中，防止離心現(xiàn)象的是（）A．火車轉(zhuǎn)彎時，按規(guī)定速度通過 B．運動員將鏈球甩出 C．民間藝人在制作棉花糖 D．洗衣機(jī)甩干時內(nèi)筒在高速旋轉(zhuǎn)8．（東城區(qū)期末）如圖所示一個小球在力F作用下以速度v做勻速圓周運動，若從某時刻起小球的運動情況發(fā)生了變化，對于引起小球沿a、b、c三種軌跡運動的原因說法正確的是（）A．沿a軌跡運動，可能是F減小了一些 B．沿b軌跡運動，一定是v減小了 C．沿c軌跡運動，可能是v減小了 D．沿b軌跡運動，一定是F減小了9．（鼓樓區(qū)校級期中）如圖所示，光滑的水平面上，小球m在拉力F的作用下做勻速圓周運動，若小球到達(dá)B點時F突然發(fā)生變化，下列關(guān)于小球的運動的說法不正確的是（）A．F突然消失，小球?qū)⒀剀壽EBa做離心運動 B．F突然變小，小球?qū)⒀剀壽EBa做離心運動 C．F突然變大，小球?qū)⒀剀壽EBc做向心運動 D．F突然變小，小球?qū)⒀剀壽EBb做離心運動10．（昌平區(qū)校級期中）如圖所示，在光滑水平面上，小球在拉力F作用下做勻速圓周運動，若小球運動到P點時，拉力F發(fā)生變化，則關(guān)于小球運動情況的說法正確的是（）A．若拉力突然變小，小球?qū)⒀豍a做離心運動 B．若拉力突然變大，小球?qū)⒀豍b做離心運動 C．若拉力突然變小，小球?qū)⒀豍c做向心運動 D．若拉力突然消失，小球?qū)⒀豍a做勻速直線運動11．（越秀區(qū)校級月考）如圖所示為洗衣機(jī)脫水筒的示意圖，下列關(guān)于脫水筒工作原理說法正確的是（）A．水滴受離心力作用，沿背離圓心的方向甩出 B．水滴受到向心力，由于慣性沿切線方向甩出 C．水滴與衣服間的附著力小于它所需的向心力，于是被甩出 D．水滴受到的離心力大于它受到的向心力，從而沿切線方向飛出12．（秦州區(qū)校級月考）下列實例中，屬于防止離心運動的是（）A．轉(zhuǎn)動雨傘，可以去除上面的一些水 B．汽車轉(zhuǎn)彎時要減速 C．鏈球運動員通過快速旋轉(zhuǎn)將鏈球甩出 D．用洗衣機(jī)脫水13．（錦州期末）媒體報道了一起離奇交通事故：家住公路轉(zhuǎn)彎處外側(cè)的李先生家在三個月內(nèi)連續(xù)遭遇了七次大卡車側(cè)翻在自家門口的場面，第八次有輛卡車沖進(jìn)李先生家，造成三死一傷和房屋嚴(yán)重?fù)p毀的血腥慘案，經(jīng)公安部門和交通部門協(xié)力調(diào)查，畫出的現(xiàn)場示意圖如圖所示，交警根據(jù)圖示作出的以下判斷，你認(rèn)為正確的是（）A．公路在設(shè)計上一定是內(nèi)側(cè)高外側(cè)低 B．公路在設(shè)計上一定是外側(cè)高內(nèi)側(cè)低 C．拐彎時汽車一定受到了離心力 D．拐彎時汽車一定做了離心運動14．（桂林期末）下列現(xiàn)象中，與離心運動無關(guān)的是（）A．公共汽車急剎車時，乘客身體向前傾 B．雨天旋轉(zhuǎn)雨傘，雨水飛出 C．洗衣機(jī)的脫水桶旋轉(zhuǎn)，將衣服上的水甩掉 D．汽車轉(zhuǎn)彎時速度過大，乘客感覺往外甩15．（隆回縣期末）下列生活中的一些現(xiàn)象是利用到了離心運動的是（）A．駕駛汽車時必須系安全帶 B．汽車過凹形路面時必須減速 C．火車軌道外高內(nèi)低 D．洗衣機(jī)的脫水桶二．多選題（共10小題）1．（浙江期中）有一種叫“飛椅”的游樂項目。如圖所示，長為L的鋼繩一端系著座椅，另一端固定在半徑為r的水平轉(zhuǎn)盤邊緣，轉(zhuǎn)盤可繞穿過其中心的豎直軸轉(zhuǎn)動。當(dāng)轉(zhuǎn)盤以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動時，鋼繩與轉(zhuǎn)軸在同一豎直平面內(nèi)，與豎直方向的夾角為θ。不計鋼繩的重力。以下說法正確的是（）A．鋼繩的拉力大小為mω2Lsinθ B．鋼繩的拉力大小為 C．如果角速度足夠大，可以使鋼繩成水平拉直 D．兩個體重不同的人，擺開的夾角θ一樣大2．（南海區(qū)期末）防疫抗疫，萬眾一心，上海某企業(yè)無償捐贈多臺醫(yī)用離心機(jī)至武漢地區(qū)。利用離心機(jī)的旋轉(zhuǎn)可使混合液中的懸浮微?？焖俪恋怼Ｈ鐖D為某離心機(jī)工作時的局部圖，分離過程中，下列說法正確的是（）A．混合液不同部分做離心運動是由于受到離心力的作用 B．混合液不同部分的線速度相同 C．混合液不同部分的角速度相同 D．混合液底層1部分的向心加速度大小比上層2部分大3．（靜寧縣校級期中）如圖所示，光滑水平面上，小球m在拉力F作用下做勻速圓周運動。若小球運動到B點時，拉力F發(fā)生變化，關(guān)于小球運動情況的說法正確的是（）A．若拉力突然消失，小球?qū)⒀剀壽EBa做離心運動 B．若拉力突然變大，小球?qū)⒀剀壽EBb做離心運動 C．若拉力突然變小，小球?qū)⒀剀壽EBb做離心運動 D．若拉力突然變小，小球?qū)⒀剀壽EBc做離心運動4．（增城區(qū)期末）下列屬于離心現(xiàn)象的是（）A．投籃球 B．洗衣機(jī)脫水 C．汽車高速轉(zhuǎn)彎容易甩出車道 D．旋轉(zhuǎn)雨傘甩掉雨傘上的水5．（溫州期中）下列現(xiàn)象中，與離心運動有關(guān)的是（）A．汽車轉(zhuǎn)彎時速度過大，乘客感覺往外甩 B．汽車急剎車時，乘客身體向前傾 C．洗衣機(jī)脫水桶旋轉(zhuǎn)，將衣服上的水甩掉 D．運動員投擲鏈球，在高速旋轉(zhuǎn)時釋放鏈球6．（靜海區(qū)月考）以下屬于離心現(xiàn)象應(yīng)用的是（）A．離心分離器 B．標(biāo)槍運動員擲出的標(biāo)槍 C．家用洗衣機(jī)的脫水筒用于干燥衣物 D．轉(zhuǎn)動傘柄可將雨傘上的水甩出7．（洮北區(qū)校級月考）做離心運動的物體，它的速度變化情況可能是（）A．速度的大小不變，方向改變 B．速度的大小改變，方向不變 C．速度的大小和方向都改變 D．速度的大小和方向都不變8．（重慶期中）如圖，洗衣機(jī)的脫水筒采用帶動衣物旋轉(zhuǎn)的方式脫水，下列說法中正確的是（）A．脫水過程中，衣物中的水是沿半徑方向被甩出去的 B．增大脫水筒轉(zhuǎn)動速度，脫水效果會更好 C．水會從衣物中甩出是因為水受到離心力的緣故 D．衣物靠近筒壁的脫水效果比靠近中心的脫水效果好9．（長壽區(qū)校級月考）如圖所示，洗衣機(jī)脫水桶在轉(zhuǎn)動時，衣服貼靠在勻速轉(zhuǎn)動的圓筒內(nèi)壁上而不掉下來，則衣服（）A．受到4個力的作用 B．所受靜摩擦力等于其重力 C．所需的向心力由彈力提供 D．所需的向心力由靜摩擦力提供10．（鶴慶縣校級期末）在人們經(jīng)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)動作時，裙子會張開 B．在雨中轉(zhuǎn)動一下傘柄，傘面上的雨水會很快地沿傘面運動，到達(dá)邊緣后雨水將沿切線方向飛出 C．滿載黃沙或石子的卡車，在急轉(zhuǎn)彎時，