新教材同步備課2024春高中物理第6章圓周運(yùn)動(dòng)4.生活中的圓周運(yùn)動(dòng)教師用書新人教版必修第二冊(cè)

4．生活中的圓周運(yùn)動(dòng)1．能定性分析鐵路彎道處外軌比內(nèi)軌高的原因。2．能定量分析汽車過拱形橋最高點(diǎn)和凹形橋最低點(diǎn)時(shí)對(duì)橋的壓力。3．了解航天器中的失重現(xiàn)象及其產(chǎn)生原因。4．知道離心運(yùn)動(dòng)及其產(chǎn)生的條件，了解離心運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用和防止?；疖囖D(zhuǎn)彎1．火車在彎道上的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)火車在彎道上運(yùn)動(dòng)時(shí)實(shí)際上在做圓周運(yùn)動(dòng)，因而具有向心加速度，由于其質(zhì)量巨大，需要很大的向心力。2．火車轉(zhuǎn)彎時(shí)向心力的來源分析(1)若鐵路彎道內(nèi)外軌一樣高，火車轉(zhuǎn)彎時(shí)，外側(cè)車輪的輪緣擠壓外軌，火車的向心力由外軌對(duì)車輪輪緣的彈力提供(如圖所示)，由于火車的質(zhì)量很大，轉(zhuǎn)彎所需的向心力很大，鐵軌和車輪極易受損。(2)若鐵路彎道外軌略高于內(nèi)軌，根據(jù)轉(zhuǎn)彎處軌道的半徑和規(guī)定的行駛速度，適當(dāng)調(diào)整內(nèi)外軌的高度差，使轉(zhuǎn)彎時(shí)所需的向心力幾乎完全由重力mg和支持力FN的合力提供，從而減輕外軌與輪緣的擠壓。火車拐彎時(shí)運(yùn)動(dòng)軌跡為一段圓弧，火車在鐵軌上轉(zhuǎn)彎可以看成是勻速圓周運(yùn)動(dòng)，如圖所示，請(qǐng)思考下列問題：【問題】(1)火車轉(zhuǎn)彎處的鐵軌有什么特點(diǎn)？(2)火車按照規(guī)定速度轉(zhuǎn)彎時(shí)向心力來源？(3)火車轉(zhuǎn)彎時(shí)速度過大或過小，會(huì)對(duì)哪側(cè)軌道有側(cè)壓力？提示：(1)火車轉(zhuǎn)彎處，外軌高于內(nèi)軌。(2)重力G與支持力FN的合力F提供火車轉(zhuǎn)彎的向心力，如圖所示。(3)火車轉(zhuǎn)彎時(shí)速度過大會(huì)對(duì)軌道外側(cè)有壓力，速度過小會(huì)對(duì)軌道內(nèi)側(cè)有壓力。1．圓周平面的特點(diǎn)：彎道處外軌高于內(nèi)軌，但火車在行駛過程中，重心高度不變，即火車的重心軌跡在同一水平面內(nèi)，火車的向心加速度和向心力均沿水平面指向圓心。2．轉(zhuǎn)彎軌道受力與火車速度的關(guān)系(1)若火車轉(zhuǎn)彎時(shí)，火車所受支持力與重力的合力充當(dāng)向心力，則mgtanθ＝mv02R，如圖所示，則v0＝gRtanθ，其中R為彎道半徑，θ為軌道平面與水平面的夾角(tanθ≈hL，h為外軌與內(nèi)軌的高度差，(2)若火車行駛速度v0＞gRtan(3)若火車行駛速度v0＜gRtan【典例1】有一列重為100t的火車，以72km/h的速率勻速通過一個(gè)內(nèi)外軌一樣高的彎道，軌道半徑為400m。(g取10m/s2)(1)試計(jì)算鐵軌受到的側(cè)壓力大小；(2)若要使火車以此速率通過彎道，且使鐵軌受到的側(cè)壓力為零，我們可以適當(dāng)傾斜路基，試計(jì)算路基傾斜角度θ的正切值。[思路點(diǎn)撥]第(1)問中，外軌對(duì)輪緣的側(cè)壓力提供火車轉(zhuǎn)彎所需要的向心力。第(2)問中，重力和鐵軌對(duì)火車的支持力的合力提供火車轉(zhuǎn)彎的向心力。[解析](1)v＝72km/h＝20m/s，外軌對(duì)輪緣的側(cè)壓力提供火車轉(zhuǎn)彎所需要的向心力，所以有：FN＝mv2r＝105×202400由牛頓第三定律可知鐵軌受到的側(cè)壓力大小等于1×105N。(2)若火車過彎道時(shí)鐵軌受到的側(cè)壓力為零，則重力和鐵軌對(duì)火車的支持力的合力正好提供向心力，如圖所示，則mgtanθ＝mv由此可得tanθ＝v2rg＝[答案](1)1×105N(2)0.1[母題變式]上例中，要提高火車的速度為108km/h，則火車要想安全通過彎道需要如何改進(jìn)鐵軌？提示：速率變?yōu)樵瓉淼?2倍，則由mgtanθ＝mv若只改變軌道半徑，則R′變?yōu)?00m，若只改變路基傾角，則tanθ′＝0.225?；疖囖D(zhuǎn)彎問題的兩點(diǎn)注意(1)合力的方向：火車轉(zhuǎn)彎時(shí)，火車所受合力沿水平方向指向圓心，而不是沿軌道斜面向下。(2)受力分析：火車轉(zhuǎn)彎速率大于或小于規(guī)定速率時(shí)，火車受到三個(gè)力的作用，即重力、軌道的支持力和外軌或內(nèi)軌對(duì)火車的側(cè)向擠壓力，側(cè)向擠壓力的方向沿軌道平面向里或向外，合力沿水平面指向圓心。[跟進(jìn)訓(xùn)練]1．(2022·廣東興寧一中期中)在修筑鐵路時(shí)，彎道處的外軌會(huì)略高于內(nèi)軌，當(dāng)火車以規(guī)定的行駛速度轉(zhuǎn)彎時(shí)，內(nèi)、外軌均不會(huì)受到輪緣的側(cè)向擠壓。為了提高轉(zhuǎn)彎的規(guī)定速度，僅改變一個(gè)量，下列可行的措施是()A．減小火車質(zhì)量B．增大鐵軌與車輪間的摩擦C．減小轉(zhuǎn)彎半徑D．增大軌道傾角D[若火車拐彎時(shí)不側(cè)向擠壓車輪輪緣，靠重力和支持力的合力提供向心力，設(shè)轉(zhuǎn)彎處軌道的傾角為θ，根據(jù)牛頓第二定律得mgtanθ＝mv2R，解得v＝gRtanθ汽車過橋航天器中的失重現(xiàn)象1．汽車過橋項(xiàng)目汽車過拱形橋汽車過凹形橋受力分析向心力Fn＝mg－FN＝mvFn＝FN－mg＝mv對(duì)橋的壓力FN′＝mg－mvFN′＝mg＋mv結(jié)論汽車對(duì)橋的壓力小于汽車的重力，而且汽車速度越大，對(duì)橋的壓力越小汽車對(duì)橋的壓力大于汽車的重力，而且汽車速度越大，對(duì)橋的壓力越大2．航天器中的失重現(xiàn)象(1)向心力分析：航天員受到的地球引力與飛船座艙對(duì)他的支持力的合力為他提供向心力，即mg－FN＝mv2(2)失重狀態(tài)：當(dāng)v＝gR時(shí)，座艙對(duì)航天員的支持力為零，航天員處于完全失重狀態(tài)。用兩根鐵絲彎成如圖所示的凹凸橋。把一個(gè)小球放在凹橋底部A，調(diào)節(jié)兩軌間的距離，使小球剛好不掉下去，但稍加一點(diǎn)壓力，小球就會(huì)撐開兩軌下落。【問題】(1)讓小球從斜軌滾下，當(dāng)小球經(jīng)過凹橋底部時(shí)，你看到了什么？(2)把凹橋下的搭鉤扣上，并讓小球在拱橋頂端B靜止放置時(shí)，剛好能撐開兩軌下落。然后，讓小球再?gòu)男避墲L下，當(dāng)球經(jīng)過凸橋頂端時(shí)，你又看到了什么？(3)上述兩種現(xiàn)象說明什么？提示：(1)小球經(jīng)過凹橋底部時(shí)，從兩軌間掉了下來，對(duì)軌道的壓力大于小球的重力。(2)小球經(jīng)過拱橋頂端時(shí)，沒有掉下來，對(duì)軌道的壓力小于小球的重力。(3)小球在凹橋底部加速度方向向上，處于超重狀態(tài)；小球在凸橋頂端加速度方向向下，處于失重狀態(tài)。1．汽車過拱形橋汽車在拱形橋上運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過最高點(diǎn)時(shí)，汽車的重力與橋?qū)ζ囍С至Φ暮狭μ峁┫蛐牧ΑＨ鐖D甲所示。由牛頓第二定律得：G－FN＝mv2r，則FN＝G－m汽車對(duì)橋的壓力與橋?qū)ζ嚨闹С至κ且粚?duì)相互作用力，即FN′＝FN＝G－mv2(1)當(dāng)0≤v<gr時(shí)，0<FN≤G。(2)當(dāng)v＝gr時(shí)，F(xiàn)N＝0。(3)當(dāng)v>gr時(shí)，汽車做平拋運(yùn)動(dòng)飛離橋面，發(fā)生危險(xiǎn)。2．汽車過凹形橋如圖乙所示，汽車經(jīng)過凹形橋面最低點(diǎn)時(shí)，受豎直向下的重力和豎直向上的支持力，兩個(gè)力的合力提供向心力，則FN－G＝mv2r，故FN＝G＋mv2r。由牛頓第三定律得：汽車對(duì)凹形橋面的壓力FN′＝G＋【典例2】(2022·長(zhǎng)治市第二中學(xué)高一期中)有一輛質(zhì)量為600kg的小汽車駛上圓弧半徑為50m的拱橋。(g＝10m/s2)(1)汽車到達(dá)橋頂時(shí)速度為6m/s，汽車對(duì)橋的壓力是多大？(2)汽車以多大速度經(jīng)過橋頂時(shí)恰好對(duì)橋沒有壓力而騰空？(3)如果拱橋的半徑增大到與地球半徑R(R＝6400km)一樣，汽車要在橋面上騰空，速度要多大？[思路點(diǎn)撥]解答本題應(yīng)明確以下兩點(diǎn)：(1)汽車過凸形橋最高點(diǎn)時(shí)的受力特點(diǎn)。(2)根據(jù)牛頓第二定律列方程求解。[解析](1)汽車到達(dá)橋頂時(shí)，由牛頓第二定律有G－FN＝mv則支持力大小為FN＝G－mv2r，代入數(shù)據(jù)求得FN根據(jù)牛頓第三定律得，汽車對(duì)橋頂?shù)膲毫Υ笮∫彩?568N。(2)根據(jù)題意，當(dāng)汽車對(duì)橋頂沒有壓力時(shí)，即FN＝0則此時(shí)汽車對(duì)應(yīng)的速度大小為v＝gr＝10×50m/s＝105(3)如果拱橋的半徑增大到與地球半徑R，設(shè)速度為v0時(shí)汽車在橋面上騰空，則有v0＝gR＝10×64×105m/s＝8×10[答案](1)5568N(2)105m/s(3)8.0km/s汽車過橋問題的解題步驟(1)選取研究對(duì)象，確定軌道平面、圓心位置和軌道半徑。(2)正確分析研究對(duì)象的受力情況，明確向心力是按作用效果命名的力，在受力分析時(shí)不能列出，明確向心力的來源。(3)根據(jù)平衡條件和牛頓運(yùn)動(dòng)定律列方程求解。[跟進(jìn)訓(xùn)練]2．(多選)2023年10月31日8時(shí)11分，神舟十六號(hào)載人飛船返回艙在東風(fēng)著陸場(chǎng)成功著陸。航天員在太空中隨飛船一起做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，處于失重狀態(tài)，下列說法正確的是()A．航天員仍受重力的作用B．航天員受力不平衡C．航天員所受重力等于所需的向心力D．航天員不受重力的作用ABC[失重是指物體對(duì)支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦?小于物體所受重力的現(xiàn)象，太空中的航天員仍受重力的作用，且所受重力等于其做勻速圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力，故A、C正確，D錯(cuò)誤；航天員隨飛船做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，處于非平衡狀態(tài)，故B正確。]3．一汽車通過拱形橋頂點(diǎn)時(shí)速度為10m/s，車對(duì)橋頂?shù)膲毫檐囍氐?4，如果要使汽車在橋頂對(duì)橋面沒有壓力，車速至少為(A．15m/s B．20m/sC．25m/s D．30m/sB[由牛頓第三定律可知，橋頂對(duì)車的支持力FN＝34G，因?yàn)镚－FN＝mv2r，所以14G＝mv2r，當(dāng)FN＝0時(shí)，G＝mv'2r，所以v離心運(yùn)動(dòng)1．定義：物體沿切線方向飛出或做逐漸遠(yuǎn)離圓心的運(yùn)動(dòng)。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(yùn)動(dòng)的應(yīng)用和防止(1)應(yīng)用：洗衣機(jī)的脫水筒，離心制管技術(shù)，醫(yī)用離心分離機(jī)。(2)防止：汽車在公路轉(zhuǎn)彎處必須限速行駛，轉(zhuǎn)動(dòng)的砂輪、飛輪的轉(zhuǎn)速不能太高。鏈球比賽中，高速旋轉(zhuǎn)的鏈球被放手后會(huì)飛出。汽車高速轉(zhuǎn)彎時(shí)，若摩擦力不足，汽車會(huì)滑出路面。【問題】(1)鏈球飛出、汽車滑出路面的原因是因?yàn)槭艿搅穗x心力嗎？(2)物體做離心運(yùn)動(dòng)的條件是什么？(3)汽車水平轉(zhuǎn)彎時(shí)，速度大小受哪些因素的影響？提示：(1)鏈球飛出、汽車滑出路面的原因是物體慣性的表現(xiàn)，不是因?yàn)槭艿搅穗x心力，離心力是不存在的。(2)物體做離心運(yùn)動(dòng)的條件是：做圓周運(yùn)動(dòng)的物體，提供向心力的外力突然消失或者外力不能提供足夠大的向心力。(3)由f＝mv21．離心運(yùn)動(dòng)的實(shí)質(zhì)離心現(xiàn)象的本質(zhì)是物體慣性的表現(xiàn)。做圓周運(yùn)動(dòng)的物體，由于慣性，總是有沿著圓周切線方向飛出去的傾向，之所以沒有飛出去，是因?yàn)槭艿较蛐牧Φ淖饔?。從某種意義上說，向心力的作用是不斷地把物體從圓周運(yùn)動(dòng)的切向方向拉回到圓周上來。2．離心運(yùn)動(dòng)的條件做圓周運(yùn)動(dòng)的物體，提供向心力的合外力突然消失或者合外力不能提供足夠大的向心力。3．離心運(yùn)動(dòng)、近心運(yùn)動(dòng)的判斷如圖所示，物體做圓周運(yùn)動(dòng)是離心運(yùn)動(dòng)還是近心運(yùn)動(dòng)，由實(shí)際提供的合力F與所需向心力(mv2(1)若F＝mrω2(或mv2r)即“提供”正好滿足“需要(2)若F＞mrω2(或mv2r)即“提供”大于“需要(3)若F＜mrω2(或mv2r)即“提供”【典例3】一質(zhì)量為2.0×103kg的汽車在水平公路上行駛，路面對(duì)輪胎的徑向最大靜摩擦力為1.4×104N，當(dāng)汽車經(jīng)過半徑為80m的彎道時(shí)，下列判斷正確的是()A．汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)所受的力有重力、彈力、摩擦力和向心力B．汽車轉(zhuǎn)彎的速度為20m/s時(shí)所需的向心力為1.4×104NC．汽車轉(zhuǎn)彎的速度為20m/s時(shí)汽車會(huì)發(fā)生側(cè)滑D．汽車能安全轉(zhuǎn)彎的向心加速度不超過7.0m/s2D[汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)受到重力，地面的支持力以及地面對(duì)汽車的摩擦力，其中摩擦力充當(dāng)向心力，A錯(cuò)誤；當(dāng)最大靜摩擦力充當(dāng)向心力時(shí)，速度為臨界速度，大于這個(gè)速度則發(fā)生側(cè)滑，根據(jù)牛頓第二定律可得f＝mv2r，解得v＝frm＝1.4×104×802.0×103＝201.4m/s，所以汽車轉(zhuǎn)彎的速度為20m/s時(shí)，所需的向心力小于1.4×104N，汽車不會(huì)發(fā)生側(cè)滑，B、C錯(cuò)誤；汽車能安全轉(zhuǎn)彎的最大向心加速度[跟進(jìn)訓(xùn)練]4．(多選)在地面上，將水和油混合后，靜置一段時(shí)間后水和油會(huì)出現(xiàn)分層現(xiàn)象，但在太空失重環(huán)境中，水和油始終呈現(xiàn)混合狀態(tài)。2022年3月23日的太空授課中，葉光富老師通過“甩”的方式讓封閉試管內(nèi)的水油混合物繞手做圓周運(yùn)動(dòng)，也實(shí)現(xiàn)了油水分離。封閉試管做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)給油水混合物提供了一種“模擬重力”的環(huán)境，“模擬重力”的方向沿試管遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)軸的方向，其大小與液體的質(zhì)量及其到轉(zhuǎn)軸距離成正比。當(dāng)封閉試管由靜止開始繞手旋轉(zhuǎn)并不斷增大轉(zhuǎn)速的過程中，下列說法正確的是()A．水相對(duì)試管向內(nèi)側(cè)運(yùn)動(dòng)，油相對(duì)試管向外側(cè)運(yùn)動(dòng)B．水相對(duì)試管向外側(cè)運(yùn)動(dòng)，油相對(duì)試管向內(nèi)側(cè)運(yùn)動(dòng)C．轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)“模擬重力”產(chǎn)生的“模擬重力加速度”沿半徑方向向外逐漸變大D．轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)“模擬重力”產(chǎn)生的“模擬重力加速度”沿半徑方向各處大小相同BC[水的密度大于油的密度，則根據(jù)離心原理，水比油在相同的角速度和半徑下需要的向心力更大，因此產(chǎn)生離心現(xiàn)象，水相對(duì)試管向外側(cè)運(yùn)動(dòng)，油相對(duì)試管向內(nèi)側(cè)運(yùn)動(dòng)，故B正確，A錯(cuò)誤；內(nèi)外層液體的角速度相同，根據(jù)a＝ω2r可知，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)“模擬重力”產(chǎn)生的“模擬重力加速度”沿半徑方向向外逐漸變大，故C正確，D錯(cuò)誤。]1．如圖所示，在勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的洗衣機(jī)脫水筒內(nèi)壁上，有一件濕衣服隨圓筒一起轉(zhuǎn)動(dòng)而未滑動(dòng)，則()A．衣服隨脫水筒做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由衣服的重力提供B．水會(huì)從脫水筒甩出是因?yàn)樗问艿降南蛐牧艽驝．加快脫水筒轉(zhuǎn)動(dòng)角速度，衣服對(duì)筒壁的壓力減小D．加快脫水筒轉(zhuǎn)動(dòng)角速度，脫水效果會(huì)更好D[衣服受到豎直向下的重力、豎直向上的靜摩擦力、指向圓心的支持力，重力和靜摩擦力是一對(duì)平衡力，大小相等，故向心力是由支持力提供的，A錯(cuò)誤；脫水筒轉(zhuǎn)動(dòng)角速度增大以后，支持力增大，故衣服對(duì)筒壁的壓力也增大，C錯(cuò)誤；水會(huì)被甩出是因?yàn)橐路?duì)水滴的附著力不足以提供其做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，B錯(cuò)誤；隨著脫水筒轉(zhuǎn)動(dòng)角速度的增加，需要的向心力增加，當(dāng)附著力不足以提供需要的向心力時(shí)，衣服上的水滴將做離心運(yùn)動(dòng)，故脫水筒轉(zhuǎn)動(dòng)角速度越大，脫水效果會(huì)越好，D正確。]2．(2022·北京順義二中期中)在高速公路的拐彎處，通常路面外高內(nèi)低。如圖甲所示，在某路段汽車向右拐彎，司機(jī)左側(cè)的路面比右側(cè)的路面高一些，汽車的運(yùn)動(dòng)可看作是半徑為R的圓周運(yùn)動(dòng)。如圖乙所示，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(zhǎng)，路面與水平面夾角為θ。已知重力加速度為g。要使車輪與路面之間的側(cè)向摩擦力(即垂直于前進(jìn)方向)等于零，則汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)的車速應(yīng)等于()A．gRhL B．C．gRLh D．B[要使車輪與路面之間的側(cè)向摩擦力等于零，則汽車的重力與路面的支持力的合力提供向心力，有mgtanθ＝mv2R，由幾何關(guān)系知tanθ＝hd，解得汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)的車速為v＝gRhd3．(2022·山東菏澤鄆城一中階段檢測(cè))戰(zhàn)斗機(jī)俯沖時(shí)，在最低點(diǎn)附近做半徑為250m的圓周運(yùn)動(dòng)。在最低點(diǎn)時(shí)飛行員所受支持力為自身重力的5倍，已知重力加速度g＝10m/s2，飛機(jī)在最低點(diǎn)的速度為()A．505m/s B．100m/sC．1002m/s D．60m/sB[在飛機(jī)經(jīng)過最低點(diǎn)時(shí)，對(duì)飛行員進(jìn)行受力分析，在豎直方向上由牛頓第二定律有FN－mg＝mv2R，其中FN＝5mg，解得v＝100m/s，選B4．城市中為了解決交通問題，修建了許多立交橋。如圖所示，橋面是半徑為R的圓弧形的立交橋AB橫跨在水平路面上，一輛質(zhì)量為m的小汽車，在A端沖上該立交橋，小汽車到達(dá)橋頂時(shí)的速度大小為v1，若小汽車在上橋過程中保持速率不變，則()A．小汽車通過橋頂時(shí)處于失重狀態(tài)B．小汽車通過橋頂時(shí)處于超重狀態(tài)C．小汽車在上橋過程中受到橋面的支持力大小為FN＝mgD．小汽車到達(dá)橋頂時(shí)的速度必須大于gRA[由圓周運(yùn)動(dòng)知識(shí)知，小汽車通過橋頂時(shí)，其加速度方向向下，由牛頓第二定律得mg－FN＝mv12R，解得FN＝mg-mv12R＜mg，故其處于失重狀態(tài)，A正確，B錯(cuò)誤；FN＝mg–mv12R只在小汽車通過橋頂時(shí)成立，而其上橋過程中的受力情況較為復(fù)雜，C錯(cuò)誤；由mg－FN回歸本節(jié)知識(shí)，自我完成以下問題：1．對(duì)火車轉(zhuǎn)彎要做哪些安全限制？提示：速度、載重。2．汽車過拱形橋的向心力來源是什么？提示：重力和支持力的合力。3．航天員在太空中處于什么狀態(tài)？提示：完全失重狀態(tài)。4．發(fā)生離心現(xiàn)象的原因是什么？提示：向心力突然消失或物體所受合外力不足以提供所需的向心力。航天員的太空生活由于人在太空中處于完全失重狀態(tài)，生活環(huán)境與地球表面的生活環(huán)境迥然不同，因此，在太空中的衣、食、住、行也與地面不同，會(huì)帶來許多驚險(xiǎn)和奇趣。一、住——密封座艙密封座艙是載人航天器上最基本的也是最根本的生命設(shè)施。太空中的強(qiáng)輻射就像原子彈爆炸時(shí)所產(chǎn)生的輻射一樣，會(huì)破壞人體的細(xì)胞組織；高速飛行的微流星體撞擊，能置人于死地；人體暴露在高度真空中，不僅僅是缺氧窒息的問題，還可能導(dǎo)致體液沸騰而迅速死亡。密封座艙的艙壁，可以防止輻射和微流星體對(duì)人的傷害，座艙中的空氣可以使人不受真空的傷害。二、吃——太空食品在航天器的密封座艙中進(jìn)食既有樂趣，又有危險(xiǎn)?？砂咽澄锖惋嬃蠎以诳罩?，用嘴一口一口咬或吸食，而雙手仍然可以做其他事情。但食物碎渣會(huì)到處飄飛，易迷眼鉆鼻，還會(huì)損壞儀器設(shè)備。因此，在早期的航天活動(dòng)中，會(huì)將食物做成糊狀，裝在軟管中，食用時(shí)，像擠牙膏一樣往嘴里擠?，F(xiàn)在的太空食品和進(jìn)食方法已與地面上差不多了。食物稍帶黏性就可以黏在盤子中不飛走，而盤子可以固定在餐桌上。三、睡——睡袋在航天器的密封座艙中睡覺特別方便，不管什么姿勢(shì)，不管什么地方，都可以睡。但是，為了安全，應(yīng)該鉆進(jìn)睡袋中，并將睡袋固定住，不然，睡袋到處飄飛，最后每個(gè)人都會(huì)擠到通風(fēng)口，而當(dāng)航天器加速或減速時(shí)，可能會(huì)被艙壁和儀器設(shè)備碰傷。除此之外還要帶上眼罩和耳罩，以免快速交替的日夜節(jié)奏和儀器設(shè)備發(fā)出的聲音影響睡眠。睡覺時(shí)手臂要放進(jìn)睡袋中，以免被卷進(jìn)機(jī)器或碰著儀器設(shè)備的開關(guān)。四、衣——艙外活動(dòng)航天服艙外活動(dòng)航天服不僅要具備密封座艙的全部功能，而且還要增加太空行走和通信設(shè)備，那就是航天服背部的噴氣背包和通信背包。噴氣背包可以向上、下、左、右、前、后六個(gè)方向噴氣，航天員靠噴氣的反作用力移動(dòng)。在太空中，真空條件下不能傳播聲音，近在咫尺也要靠通信背包通信。五、行在航天器的密封座艙中行走非常省力和方便，只要碰一下任何物體，反作用力就可把人推到任意位置上。用四肢劃動(dòng)空氣，產(chǎn)生的反作用力也會(huì)使人前進(jìn)。(1)太空中航天員是否受重力作用？(2)站在太空艙內(nèi)的航天員對(duì)接觸面的壓力是多大？提示：(1)受重力。(2)壓力為零。課時(shí)分層作業(yè)(七)生活中的圓周運(yùn)動(dòng)◎題組一火車轉(zhuǎn)彎1．火車在某個(gè)彎道按規(guī)定運(yùn)行速度40m/s轉(zhuǎn)彎時(shí)，內(nèi)、外軌對(duì)車輪皆無(wú)側(cè)壓力。若火車在該彎道實(shí)際運(yùn)行速度為30m/s，則下列說法正確的是()A．僅內(nèi)軌對(duì)車輪有側(cè)壓力B．僅外軌對(duì)車輪有側(cè)壓力C．內(nèi)、外軌對(duì)車輪都有側(cè)壓力D．內(nèi)、外軌對(duì)車輪均無(wú)側(cè)壓力A[火車在彎道按規(guī)定運(yùn)行速度轉(zhuǎn)彎時(shí)，重力和支持力的合力提供向心力，內(nèi)、外軌對(duì)車輪均無(wú)側(cè)壓力。若火車的運(yùn)行速度小于規(guī)定運(yùn)行速度時(shí)，重力和支持力的合力大于火車需要的向心力，火車有做近心運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，內(nèi)軌對(duì)車輪產(chǎn)生側(cè)壓力，重力、支持力和內(nèi)軌的側(cè)壓力的合力提供火車做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，故A項(xiàng)正確。]2．汽車在水平路面上轉(zhuǎn)彎，地面的摩擦力已達(dá)到最大，當(dāng)汽車的速率增大為原來的2倍時(shí)，為了保證行車安全，汽車轉(zhuǎn)彎的軌道半徑必須()A．至少增大到原來的4倍B．至少增大到原來的2倍C．至少增大到原來的2倍D．減小到原來的1A[汽車在水平路面上轉(zhuǎn)彎時(shí)，地面對(duì)汽車的摩擦力提供汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)所需的向心力，根據(jù)牛頓第二定律可得fm＝mv2R，當(dāng)汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)的速率增大為原來的2倍時(shí)，要保證行車安全，則汽車轉(zhuǎn)彎的軌道半徑應(yīng)至少增大為原來的4倍，汽車才不會(huì)側(cè)滑，A3．(2022·廣東廣州期中)擺式列車是集電腦、自動(dòng)控制等高新技術(shù)于一體的新型高速列車。當(dāng)列車轉(zhuǎn)彎時(shí)，在電腦控制下，車廂會(huì)自動(dòng)傾斜；行走在直線上時(shí)，車廂又恢復(fù)原狀，就像玩具“不倒翁”一樣。假設(shè)有一超高速擺式列車在水平面內(nèi)行駛，以360km/h的速度轉(zhuǎn)彎，轉(zhuǎn)彎半徑為1km，則質(zhì)量為55kg的乘客，在轉(zhuǎn)彎過程中所受到的列車給他的作用力為(重力加速度g取10m/s2)()A．550N B．1100NC．0 D．5502ND[v＝360km/h＝100m/s，向心力Fn＝mv2r＝55×10021000N＝550N，則乘客在轉(zhuǎn)彎過程中所受到的列車給他的作用力為F＝Fn2+mg2◎題組二汽車過拱形橋航天器中的失重現(xiàn)象4．在航天器中工作的航天員可以自由懸浮在空中，處于失重狀態(tài)，下列分析正確的是()A．失重就是航天員不受力的作用B．失重的原因是航天器離地球太遠(yuǎn)，從而擺脫了地球引力的束縛C．失重是航天器獨(dú)有的現(xiàn)象，在地球上不可能存在失重現(xiàn)象D．正是由于引力的存在，才使航天員有可能做環(huán)繞地球的圓周運(yùn)動(dòng)D[航天器和航天員在太空中受到的引力提供向心力，使航天器和航天員做環(huán)繞地球的圓周運(yùn)動(dòng)，故A錯(cuò)誤，D正確；失重時(shí)航天員仍然受到地球引力作用，故B錯(cuò)誤；失重是普遍現(xiàn)象，任何物體只要對(duì)支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦?小于物體所受的重力，均處于失重狀態(tài)，故C錯(cuò)誤。]5．(2022·湖北武漢期中)如圖所示，汽車在炎熱的夏天沿不規(guī)整的曲面行駛，其中最容易發(fā)生爆胎的點(diǎn)是(汽車運(yùn)動(dòng)速率不變)()A．a(chǎn)點(diǎn) B．b點(diǎn)C．c點(diǎn) D．d點(diǎn)D[由牛頓第二定律及向心力公式可知，汽車在a、c兩點(diǎn)，有FN＝G－mv2r＜G，即汽車在a、c兩點(diǎn)不容易發(fā)生爆胎；同理可知，汽車在b、d兩點(diǎn)，有FN＝G＋mv2r>G，即汽車在b、d兩點(diǎn)容易發(fā)生爆胎，又由題圖知b點(diǎn)所在曲線半徑大，即rb＞rd，又汽車在b、d兩點(diǎn)的速率相等，故FNb<FNd，所以在d點(diǎn)車胎受到的壓力最大，即汽車在d6．游客乘坐過山車，在圓弧軌道最低點(diǎn)處獲得的向心加速度達(dá)到20m/s2，g取10m/s2，那么此位置座椅對(duì)游客的作用力相當(dāng)于游客重力的()A．1倍 B．2倍C．3倍 D．4倍C[游客乘坐過山車在圓弧軌道最低點(diǎn)的受力分析如圖所示，由牛頓第二定律得N－mg＝ma，則N＝mg＋ma＝3mg，即Nmg＝3。故選C。]◎題組三離心現(xiàn)象7．(2022·浙江“5＋1”聯(lián)盟期中)如圖所示是賽車比賽中的某一彎道，甲、乙、丙三條虛線為賽車過此彎道的三種賽車行駛線路，關(guān)于賽車過此彎道的說法正確的是()A．三種賽車行駛線路過彎時(shí)的位移相同B．為獲得更大的過彎速度，應(yīng)選擇乙賽車線路C．賽車手過彎時(shí)有被向外甩的趨勢(shì)，故賽車手過彎時(shí)受到的合力指向彎道外側(cè)D．因賽車過彎時(shí)的最大摩擦力相同，故三條賽車線路的最大向心加速度相同B[由圖可以看出三種賽車行駛線路過彎時(shí)的位移不同，故A錯(cuò)誤；由題圖可知乙賽車線路的半徑最大，根據(jù)Fn＝mv2r易知，為獲得更大的過彎速度，應(yīng)選擇乙賽車線路，故B正確；賽車手過彎時(shí)做圓周運(yùn)動(dòng)，故賽車手過彎時(shí)受到的合力指向彎道內(nèi)側(cè)，故C錯(cuò)誤；因賽車過彎時(shí)的最大摩擦力大小相同，故三條賽車線路的最大向心加速度大小相等，方向始終指向線路的圓心，即方向不同，故D8．如圖所示，餐桌上的水平玻璃轉(zhuǎn)盤勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，其上的物品相對(duì)于轉(zhuǎn)盤靜止，則以下說法正確的是()A．越靠近圓心的物品線速度越大B．越靠近圓心的物品加速度越小C．越靠近圓心的物品角速度越小D．越靠近圓心的物品摩擦力越小B[玻璃轉(zhuǎn)盤與物品相當(dāng)于同軸轉(zhuǎn)動(dòng)，即角速度相等，由關(guān)系式v＝ωR可知，當(dāng)角速度相同時(shí)，線速度與半徑成正比，故A、C錯(cuò)誤；由關(guān)系式a＝ω2R可知，當(dāng)角速度相同時(shí)，加速度與半徑成正比，故B正確；由f＝mω2R可知，當(dāng)角速度相同時(shí)，靜摩擦力的大小與物品的質(zhì)量以及半徑有關(guān)，故D錯(cuò)誤。]9．如圖甲所示，質(zhì)量為m(包含雪板)的運(yùn)動(dòng)員在安全速降過程獲得的最大速度為v，為了順利通過水平面上半徑為R的旗門彎道，運(yùn)動(dòng)員利用身體傾斜將雪板插入雪中。如圖乙所示，雪板A底面與水平面夾角為θ、受支持力大小為F，雪板A兩側(cè)面不受力，回轉(zhuǎn)半徑R遠(yuǎn)大于運(yùn)動(dòng)員B的身高，重力加速度大小為g，不計(jì)空氣與摩擦阻力影響，下列說法正確的是()A．F＝mgsinθ B．FC．v＝gRsinθ D．vB[運(yùn)動(dòng)員所受支持力的豎直分力等于重力，即Fcosθ＝mg，得F＝mgcosθ，A錯(cuò)誤，B正確；支持力的水平分力提供圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，即Fsinθ＝mv2R，得v＝gRtanθ10．一個(gè)質(zhì)量為m的物體(體積可忽略)，在半徑為R的光滑半球頂點(diǎn)處以水平速度v0運(yùn)動(dòng)，如圖所示，重力加速度為g，則下列說法正確的是()A．若v0＝gR，則物體對(duì)半球頂點(diǎn)無(wú)壓力