2019-2020年高中物理 专题5.7 生活中的圆周运动（讲）（基础版）（含解析）新人教版必修2.doc

2019-2020年高中物理 专题5.7 生活中的圆周运动（讲）（基础版）（含解析）新人教版必修2知识点一、火车转弯问题1火车车轮的特点火车的车轮有凸出的轮缘，火车在铁轨上运行时，车轮与铁轨有水平与竖直两个接触面，这种结构特点，主要是避免火车运行时脱轨，如图所示。2火车弯道的特点弯道处外轨高于内轨，火车在行驶过程中，重心高度不变，即火车的重心轨迹在同一水平面内，火车的向心加速度和向心力均沿水平面指向圆心。3火车转弯的向心力来源火车速度合适时，火车只受重力和支持力作用，火车转弯时所需的向心力完全由支持力和重力的合力来提供。如图所示。4轨道轮缘压力与火车速度的关系(1)当火车行驶速率v等于规定速度v0时，内、外轨道对轮缘都没有侧压力。(2)当火车行驶速度v大于规定速度v0时，火车有离心运动趋势，故外轨道对轮缘有侧压力。(3)当火车行驶速度v小于规定速度v0时，火车有向心运动趋势，故内轨道对轮缘有侧压力。特别提醒：汽车、摩托车赛道拐弯处，高速公路转弯处设计成外高内低，也是尽量使车受到的重力和支持力的合力提供向心力，以减小车轮与路面之间的横向摩擦力。思考与讨论1、火车转弯时的运动是圆周运动，分析火车的运动回答下列问题：(1)如果轨道是水平的，火车转弯时受到哪些力的作用？需要的向心力由谁来提供？(2)靠这种方式迫使火车转弯有哪些危害？如何改进？提示：(1)火车受重力、支持力和外轨对火车的弹力，弹力提供火车转弯所需的向心力(2)由于火车质量很大，转弯时需要的向心力很大，容易造成对外轨的损坏，同时造成火车脱轨可以把弯道处建成外高内低的斜面，由重力和支撑力的合力提供合心力2、如图为火车在转弯时的受力分析图，试根据图讨论以下问题：(1)设斜面倾角为，转弯半径为R，当火车的速度为多大时铁轨和轮缘间没有弹力，向心力完全由重力与支持力的合力提供？(2)当火车行驶速度vv0时，轮缘受哪个轨道的压力？当火车行驶速度v时，汽车将脱离桥面，做抛体运动，可能发生危险。思考与讨论1质量为m的汽车在拱形桥上以速度v行驶，若桥面的圆弧半径为R，试画出汽车受力分析图，并求出汽车通过桥的最高点时对桥的压力汽车的重力与汽车对桥的压力谁大？提示：在最高点，对汽车进行受力分析如图所示；由牛顿第三定律求出桥面受到的压力FNFNmgm可见，汽车对桥的压力FN小于汽车的重力mg，并且压力随汽车速度的增大而减小2当汽车通过凹形桥最低点时，汽车对桥的压力比汽车的重力大还是小呢？请同学们自己分析提示：汽车在凹形桥的最低点时对桥的压力大小为(受力分析如图所示)FNFNmgmg，比汽车的重力大【要点归纳】1分析汽车过桥这类问题时应把握以下两点：(1)汽车在拱桥上的运动是竖直面内的圆周运动(2)向心力来源(最高点和最低点)：汽车做圆周运动，重力和桥面的支持力的合力提供向心力2汽车驶至凹形桥面的底部时，加速度向上，合力向上，此时满足Fnmgm，FNmgmmg，车对桥面压力最大3当车驶至凸形桥面的顶部时，加速度向下，合力向下，此时满足mgFNm，FNmgmmg，车对桥面的压力最小【典型例题】【例题2】如图所示，质量为m2.0104 kg的汽车以不变的速率先后驶过凹形桥面和凸形桥面，两桥面的圆弧半径均为60 m，如果桥面承受的压力不超过3.0105 N，则：(1)汽车允许的最大速率是多少？(2)若以所求速度行驶，汽车对桥面的最小压力是多少？(取g10 m/s2)【答案】(1)10 m/s(2)1.0105 N(1)汽车在凹形桥底部时，由牛顿第三定律可知，桥面对汽车的支持力FN13.0105 N，根据牛顿第二定律FN1mgm即v10 m/smr2或F合，物体做半径变小的近心运动，即“提供过度”，也就是“提供”大于“需要”。（3）若F合mr2或F合，则外力不足以将物体拉回到原轨道上，而做离心运动，即“需要”大于“提供”或“提供不足”。（4）若F合0，则物体做直线运动。【典型例题】【例题3】如图所示是摩托车比赛转弯时的情形。转弯处路面常是外高内低，摩托车转弯有一个最大安全速度，若超过此速度，摩托车将发生滑动。对于摩托车滑动的问题，下列论述正确的是()A摩托车一直受到沿半径方向向外的离心力作用B摩托车所受外力的合力小于所需的向心力C摩托车将沿其线速度的方向沿直线滑去D摩托车将沿其半径方向沿直线滑去【答案】B【解析】摩托车只受重力、地面支持力和地面的摩擦力作用，没有离心力，选项A错误；摩托车正常转弯时可看作是做匀速圆周运动，所受的合力等于向心力，如果向外滑动，说明提供的向心力即合力小于需要的向心力，选项B正确；摩托车将沿曲线做离心运动，选项C、D错误。【针对训练】（多选）如图所示，光滑水平面上，质量为m的小球在拉力F的作用下做匀速圆周运动，若小球运动到P点时，拉力F发生变化，下列关于小球运动情况的说法中正确的是()A若拉力突然变大，小球将沿轨迹Pb做离心运动B若拉力突然变小，小球将沿轨迹Pb做离心运动C若拉力突然消失，小球将沿轨迹Pa做离心运动D若拉力突然变小，小球将沿轨迹Pc做近心运动【答案】BC