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高中物理必修二
第五章曲线运动
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1、定义:做匀速圆周运动的物体一定受到一个指向圆心的合力,这个合力叫做向心力(用Fn表示)。
2、方向:始终指向圆心且与速度方向垂直方向
3、大小:
4、向心力的作用:
(由于向心力方向时刻发生变化,是变力)
只改变线速度的方向,不改变线速度大小(或产生向心加速度)
【知识回顾】
一、离心运动
质量为1kg的物体,沿半径为2m的圆周,以2m/s的速度做匀速圆周运动,那么该物体做匀速圆周运动时需要的向心力为多大呢?
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若某一时刻绳突然断开,即物体受到的合力突然消失,物体会怎样运动?
【思考讨论】
如果物体受到的合外力突然减小了,物体还能沿原来的圆周做匀速圆周运动吗?
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一、离心运动
离心运动:如果向心力突然消失,物体由于惯性,会沿切线方向飞出去。如果物体受的合力不足以提供物体做匀速圆周运动所需要的向心力,物体虽不能沿切线方向飞出去,但会逐渐远离圆心。这两种运动叫做离心运动。
总结:
1、当 时,物体刚好沿做匀速
圆周运动;
2、当 时,物体远离圆心,做
离心运动;
3、当 时,物体
靠近圆心,做近心运动;
一、离心运动
常见的离心运动:
二、汽车转弯问题
汽车在水平路面上转弯时也做圆周运动,需要向心力?问这个向心力由什么力提供?
?
为什么汽车在水平路面上转弯时速度过大会发生离心运动呢???
如何改进?
1、汽车水平路面上转弯时
二、汽车转弯问题
将转弯处的路面建为倾斜路面
汽车在倾斜路面上转弯时可看做为局部的圆周运动,那么圆轨迹平面在哪?圆心又在何处?
?
2、汽车在倾斜路面上转弯
2、汽车在倾斜路面上转弯
结论:汽车在倾斜路面上转弯由重力与支持力的合力提供向心力
即:
讨论:车辆转弯时速度v大于规定限度速度时,车辆是否会发生侧滑?
解得:
注意:汽车以速度v转弯时,没有向道路两侧滑动的趋势,且不论路面是否结冰,v的值都不变;
三、火车转弯问题
思考:在火车转弯处时与汽车转弯处一样都有一个限速标示牌,例如在某铁轨弯道处有一限速标示牌限速为100km/h,那么火车若要安全通过该弯道,速度是应小于100km/h吗?
如果火车在水平轨道上转弯,是由什么力来提供向心力?
【思考讨论】
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结论:火车在水平轨道上转弯时,由铁轨与轮缘相互挤压产生的弹力提供向心力;
火车在水平轨道上转弯有什么缺点呢?
三、火车转弯问题
缺点:
向心力由铁轨和车轮轮缘的相互挤压作用产生的弹力提供,由于火车质量大,速度快,由公式,向心力很大,对火车和铁轨损害很大;
思考:如何解决这个问题呢?
结论:在火车转弯处外轨要高于内轨;