人教版高中物理必修2生活中的圆周运动.docx

5-7 生活中的圆周运动一 火车转弯模型1.首先明确圆周平面是在水平面上火车的圆周平面是水平面，而不是斜面。即火车的向心加速度和向心力均是沿水平面指向圆心。2.明确向心力的来源以及速度与轨道压力的关系转弯时所需的向心力完全由重力G和支持力的合力提供，从而使外轨不受轮缘的挤压。设车轨间距为L，两轨高度差为h，转弯处的半径为R，行驶的火车质量为m，两轨所在平面与水平面之间的夹角为，则由三角形边角关系可得。对火车进行受力分析有，因为很小，由三角函数知识，可认为，又由向心力公式可得，这个速度通常也叫做转弯处规定速度。（1）当火车转弯速率等于，，内外轨道对轮缘都没有侧压力。（2）当火车转弯速率大于，，外轨对轮缘有侧压力。（3）当火车转弯速率小于，，内轨对轮缘有侧压力。【例1】铁路转弯处的圆弧半径为R，内侧和外侧的高度差为h，L为两轨间的距离，且L＞h。如果列车转弯速率大于，则（ ）A.外侧铁轨与轮缘间产生挤压 B.铁轨与轮缘间无挤压C.内侧铁轨与轮缘间产生挤压 D.内外铁轨与轮缘间均有挤压【例2】铁轨转弯处的弯道半径r是根据地形决定的。弯道处要求外轨比内轨高，其内外轨高度差h的设计不仅与r有关，还与火车在弯道上的行驶速度v有关。下列说法正确的是（ ）A.v一定时，r越小则要求h越大 B.v一定时，r越大要求h越大C.r一定时，v越小则要求h越大 D.r一定时，v越大则要求h越大【例3】“飞车走壁”是一种传统的杂技艺术，演员骑车在倾斜角很大的桶面上做圆周运动而不掉下来。如图所示。已知桶壁的倾角为，车和人的总质量为m，做圆周运动的半径为r。若使演员汽车做圆周运动时不受桶壁的摩擦力，下列说法正确的是（ ）A.人和车的速度为 B.人和车的速度为C.桶面对车的弹力为 D.桶面对车的弹力为【例4】汽车与公路面的动摩擦因数为，公路某转弯处的圆弧半径为。若路面水平，要使汽车转弯时不发生侧滑，汽车速度不能超过多少？（设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，g取）二 拱形桥模型对于汽车过桥问题的分析，关键是抓住汽车在凸形桥最高点或凹形桥最低点时的受力特点，考虑到汽车的实际情况，应用向心力的有关知识来解决过程中的具体问题。汽车过桥问题（拱形桥模型）的结论如下：内容项目汽车过凸形桥汽车过凹形桥受力分析以向心力方向为正方向牛顿第三定律 ① ②讨论由①式知：v增大，减小；当v增大到 时，由②式知：v增大， 增大说明（1）汽车过凸形桥时，汽车对桥的压力小于汽车的重力，此时汽车处于失重状态；汽车过凹形桥时，汽车对桥的压力大于汽车的重力，此时汽车处于超重状态。（2）汽车过凸形桥时， 时，；当 时，；当 时，汽车将脱离桥面做平抛运动，发生危险。【例5】一汽车通过拱形桥顶点时的速度为10m/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，车速至少为（ ）A.15m/s B.20m/s C.25m/s D.30m/s【例6】如图所示，汽车在炎热的夏天沿不平的曲面行驶，其中最容易发生爆胎的点是（假设汽车运动速率，）（ ）A.a点 B.b点C.c点 D.d点【例7】如图所示，汽车车厢顶部悬挂一个轻质弹簧，弹簧下端拴一个质量为m的小球。当汽车以某一速率在水平地面上匀速行驶时，弹簧长度为；当汽车以同一速度匀速率通过一个桥面为圆弧形凸形桥的最高点时，弹簧程度为，下列结论中正确的是（ ）A.B.C.D.前三种情况均有可能【例8】游客乘坐过山车，在圆弧轨道最低点处获得的向心加速度达到，g取，那么此位置座椅对游客的作用力相当于游客重力的（ ）A.1倍 B.2倍 C.3倍 D.4倍【例9】下列实例中属于超重现象的是（ ）A.汽车驶过拱形桥顶端 B.荡秋千的小孩通过最低点C.跳水运动员被跳板弹起，离开跳板向上运动 D.火箭点火后加速升空【例10】一辆汽车匀速通过半径为R的凸形圆弧路面，关于汽车的受力情况下列说法中正确的是（ ）A.汽车对路面的压力大小不变，总是等于汽车的重力B.汽车对路面的压力大小不断发生变化，总是小于汽车的重力C.汽车的牵引力不发生变化 D.汽车的牵引力逐渐变小【例11】如图所示，质量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60m。如果桥面承受的压力不超过，（g取），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？（3）若将桥面承受力改为，其他条件不变，则通过两桥所允许的最大速度是多少？三 航天器中的完全失重现象1.航天器在近地轨道的运动（1）对航天器，重力充当向心力，满足的关系为，航天器的速度。（2）对航天员，由重力和座椅的支持力提供向心力，