浅析圆周运动在生活中的应用

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1、浅析圆周运动在生活中的应用王荣科陕丙省汉中市铺镇中学723000摘要：圆周运动是生活中常见的一种运动，木文从物理角度出发，对生活中常见的一些圆周运动进行了科学分析，旨在加强理论联系实际，达到学以致用。关键词：圆周运动应用圆周运动是生活中常见的一种运动，高中阶段对圆周运动也进行了深入研宄。为进一步加强物理教学与实际的紧密联系，还物理于生活，笔者结合生活实际，从物理角度出发，对圆周运动知识在生活中的应用做了如下归类分析：一、定量分析火车转弯的最佳情况1.受力分析:如图1-1所示,火车受到的支持力和重力的合力水平指向圆心，成为使火车拐弯的向心力。2.动力学方程

2、：根据牛顿第二定律得mgtanθ=m。其中「是转弯处轨道的半径，v0是使内外轨均不受侧向力的最佳速度。3.分析结论：解上述方程可知v02=rgtanθ。可见，最佳情况是由v0、r、θ共同决定的。当火车实际速度为v时，可有三种可能：当〃=/0时，内外轨均不受侧向挤压的力；当v〉vO时，外轨受到侧向挤压的力（这时向心力增大，外轨提供一部分力）；当〃＜70时，内轨受到侧向挤压的力（这时向心力减少，内轨抵消一部分力）。还有一些实例和这一模型相同，如自行车转弯、高速公路上汽车转弯等等。二、汽车过拱桥汽车静止在桥顶与通过桥顶是否

3、是同种状态？不是的，汽车静止在桥顶或通过桥顶，虽然都受到重力和支持力，但前者这两个力的合力为零，后者合力不为零。汽车过拱桥桥顶的向心力如何产生？方向如何?汽车在桥顶受到重力和支持力，如图2-1所示，向心力由二者的合力提供,方向竖直向下。1.由牛顿第二定律G-Fl=m,解得：Fl=G-m=mg-m。2.汽.午处于失重状态：汽车具有竖直向下的加速度，Fl

4、桥顶运动的最大速度，超过这个速度，汽车将飞出桥顶，做平抛运动。例：汽车质量m为2×104kg，以不变的速率先后驶过凹形路面和凸形路面，路面圆弧半径均为10m,如图2-2所示。如果路面承受的最大压力不得超过3×105N,汽午允许的最人速率是多少？汽车以此速率驶过路面的最小压力是多少？解析：当汽车经过凹形路面最低点吋，设路面支持力为FN1,受力情况如图2-3所示。由牛顿第二定律：FNl-mg=m。要求FNl≤3×105N,解得允许的最大速率Vm=7.07m/So由上面分析知，汽车经过凸形路面顶点吋对路面压力最小，设为

5、FN2,如图2-4所示，由牛顿第二定律有：mg-FNl=。解得：FN2=l×105N。三、离心运动离心现象条件分析：1.做圆周运动的物体，由于本身具有惯性，总是想沿着切线方向运动，只是由于向心力作用，使它不能沿切线方向飞出，而被限制着沿圆周运动。2.当产生向心力的合外力消失，即F=0时，物体便会沿所在位置的切线方向飞出去。3.当提供向心力的合外力不完全消失，而只是小于应当具有的向心力，即合外力不足以提供所需的向心力的情况下，物体沿切线与圆周之间的一条曲线运动。在实际中，有一些利用离心运动的机械，这些机械叫作离心机械。离心机械的种类很多，应用也

6、很广，例如离心干燥（脱水）器、离心分离器、离心水泵。以上所分析的圆周运动都是我们在生活中常见的一些现象，与我们所学的圆周运动知识紧密相连。教师在日常教学活动中要多引导学生关注生活、了解生活，主动把所学的物理知识应用到实际生活中去。这样不仅丰富了学生的理论知识，也增强了理论联系实际的能力，同时真正做到了还物理于生活，达到了我们素质教育的本质要求。