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高中物理必修2 一轮复习详细资料第4章 第4课时
第4课时 圆周运动应用实例
导学目标 1.学会分析火车转弯、汽车过桥等生活中圆周运动问题实例.2.掌握杆、绳约束的物体在竖直平面内做圆周运动的特点.
考点一 生活中的圆周运动
考点解读
1.生活中的圆周运动实例
生
活
中
的
圆
周
运
动 轨迹 向心力来源 实例 火车
转弯 水平面
内圆周 内外轨有高度差,由重力和弹力在水平方向的合力提供向心力 汽车在弯曲的公路上转弯等 汽车
过桥 竖直平面
内圆周 由汽车本身重力和桥面支持力的合力提供向心力 水流星、绳与小球、绳与杆模型等 离心
运动 条件:能够提供的向心力不足以满足需求的向心力 洗衣机的脱水筒、离心分离机等 2.实例分析程序
(1)明确研究对象,确定所做圆周运动的轨道平面,找出圆心和半径.
(2)根据已知物理量选择合适公式表示出向心加速度,用牛顿第二定律求出所需向心力.
(3)对物体进行受力分析,判断哪些力提供向心力,并求出能够提供的向心力.
(4)根据牛顿第二定律列方程求解.
典例剖析
如图1所示,在自行车后轮轮胎上粘附着一块泥巴.现将自行车后轮撑起,使后轮离开地面而悬空,然后用手匀速摇脚踏板,使后轮飞速转动,泥巴被甩下来.图中四个位置泥巴最容易被甩下来的是( )
A.a点 B.b点
C.c点 D.d点
例2 铁路弯道的转弯半径为R,内、外轨的高度差为h,两轨的宽度为L.若要使质量为M的火车安全通过此弯道,火车的限制速度v0为多大?
方法归纳 当mg=m时,火车拐弯,既不挤压内轨又不挤压外轨,则v= ,当L、h选定,则v唯一确定,即为规定的行驶速度.
(1)当火车行驶速率v车等于v时,F向=F合,内外轨对轮缘没有压力;
(2)当火车行驶速度v车大于v时,F向F合,外轨受到侧向挤压的力(这时向心力较大,外轨提供一部分力);
(3)当火车行驶速度v车小于v时,F向F合,内轨受到侧向挤压的力(这时向心力较小,内轨提供一部分力).
例3 假设一辆质量m=2.0 t的小轿车,驶过半径R=90 m的一段圆弧形桥面,重力加速度g=10 m/s2.求:
(1)若桥面为凹形,汽车以20 m/s的速度通过桥面最低点时,对桥面压力是多大?
(2)若桥面为凸形,汽车以10 m/s的速度通过桥面最高点时,对桥面压力是多大?
(3)汽车以多大速度通过凸形桥面顶点时,对桥面刚好没有压力?
跟踪训练1 中央电视台《今日说法》栏目最近报道了一起发生在湖南长沙某区湘府路上的离奇交通事故.家住公路拐弯处的张先生和李先生家在三个月内连续遭遇了七次大卡车侧翻在自家门口的场面,第八次有辆卡车冲撞进李先生家,造成三死一伤和房屋严重损毁的事故.经公安部门和交通部门协力调查,画出的现场示意图如图2所示.交警根据图示作出以下判断,你认为正确的是( )
A.由图可知汽车在拐弯时发生侧翻是因为车做离心运动
B.由图可知汽车在拐弯时发生侧翻是因为车做向心运动
C.公路在设计上可能内(东)高外(西)低
D.公路在设计上可能外(西)高内(东)低
跟踪训练2 火车轨道在转弯处外轨高于内轨,其高度差由转弯半径与火车速度确定.若在某转弯处规定行驶的速度为v,则下列说法中正确的是( )
A.当火车以v的速度通过此弯路时,火车所受重力与轨道面支持力的合力提供向心力
B.当火车以v的速度通过此弯路时,火车所受重力、轨道面支持力和外轨对轮缘弹力的合力提供向心力
C.当火车速度大于v时,轮缘挤压外轨
D.当火车速度小于v时,轮缘挤压外轨
跟踪训练3 一汽车通过拱形桥顶点时速度为10 m/s,车对桥顶的压力为车重的,如果要使汽车在桥顶对桥面没有压力,车速度至少为( )
A.15 m/s B.20 m/s
C.25 m/s D.30 m/s
考点二 竖直面内圆周运动的临界问题分析
考点解读
对于物体在竖直面内做的圆周运动是一种典型的变速曲线运动,该类运动常有临界问题,并伴有“最大”、“最小”、“刚好”等词语,常分析两种模型——轻绳模型和轻杆模型,分析比较如下. 轻绳模型 轻杆模型 常见
类型
均是没有支撑的小球
均是有支撑的小球 过最高
点的临
界条件 由mg=m得
v临= 由小球恰能做圆周运动即得v临=0 讨论
分析 (1)过最高点时,v≥,FN+mg=m,绳、轨道对球产生弹力FN
(2)不能过最高点时,v,在到达最高点前小球已经脱离了圆轨道 (1)当v=0时,FN=mg,FN为支持力,沿半径背离圆心
(2)当0v时,-FN+mg=m,FN背向圆心,随v的增大而减小
(3)当v=时,FN=0
(4)当v时,FN+mg=m,FN指向圆心并随v的增大而增大 在最高
点的FN
图线
取竖直向下为正方向
取竖直向下为正方向 典例剖析
例4 如图3所示,斜轨道与半径为R的半圆轨道平滑连接,点A与半圆轨道最高
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