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圓周運動是香港中學文憑試物理科的重要概念。它指物體沿著圓形軌跡運動的現象。圓周運動的關鍵特徵是物體的速度方向時刻在改變,雖然速率可能保持恆定,但由於方向變化,物體仍然具有加速度。
圓周運動中最重要的概念是向心加速度和向心力。向心加速度的大小為v平方除以r,方向始終指向圓心。向心力是維持物體圓周運動所需的淨力,大小為質量乘以向心加速度,方向也指向圓心。需要注意的是,向心力不是一種獨立的力,而是由其他真實力提供的合力。
向心力並非獨立存在的力,而是由其他真實力提供的淨力。常見的向心力來源包括:繩子的張力,如擺錘運動;摩擦力,如車輛轉彎時輪胎與地面的摩擦;重力,如衛星繞地球運動;以及法向力與重力的合力,如過山車在迴環頂部的運動。理解向心力的來源對解決圓周運動問題非常重要。
過山車迴環是圓周運動的經典應用。在迴環頂部,過山車受到重力和軌道法向力的作用。當過山車剛好能通過頂部時,法向力為零,此時重力提供全部向心力。根據向心力公式,可得出臨界速度為根號gr。如果速度小於這個值,過山車就會脫離軌道。這是DSE考試的常見題型。
總結圓周運動的DSE考試要點:首先要理解速度方向的變化導致加速度存在;其次掌握向心力公式並能靈活應用;第三要分析向心力的實際來源;第四能應用於過山車、車輛轉彎等實際問題;最後要避免離心力的誤區。考試成功的關鍵是畫出清晰的受力分析圖和準確應用公式。