6.4 生活中的圆周运动(课时1)(举一反三)【四大题型】(原卷版)-2024-2025学年高一物理举一反三系列(人教版2019必修第二册).docx

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6.4生活中的圆周运动(课时1)【四大题型】

【人教版2019】

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【题型1火车转弯问题】 3

【题型2拱形桥和凹形桥问题】 4

【题型3航天器中的失重现象】 6

【题型4离心运动】 7

知识点1:火车转弯问题

1.转弯时的圆周平面:火车做圆周运动的圆周平面是水平面,火车的向心加速度和向心力均是沿水平方向指向圆心.

2.

转弯速度:设转弯处的半径为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θ,如图所示.

火车转弯时,重力mg和支持力FN的合力提供其所需要的向心力,即

mgtanθ=meq\f(veq\o\al(2,0),R),解得v0=eq\r(gRtanθ),在转弯处轨道确定的情况下,火车转弯时的速度应是一个确定的值v0(规定速度).

3.速度与轨道压力的关系

(1)当v=v0时,所需向心力仅由重力和弹力的合力提供,此时内外轨道对火车均无挤压作用.

(2)当vv0时,外轨道对轮缘有侧压力.

(3)当vv0时,内轨道对轮缘有侧压力.

4.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.

知识点2:汽车过桥问题

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FN-mg=meq\f(v2,R),FN=mg+meq\f(v2,R)mg,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mg-FN=meq\f(v2,R),FN=mg-meq\f(v2,R)mg,车对桥面的压力最小.

知识点3:对离心运动的理解

1.离心运动的实质

离心运动实质是物体惯性的表现.做圆周运动的物体,总有沿着圆周切线飞出去的趋向,之所以没有飞出去,是因为受到向心力的作用.从某种意义上说,向心力的作用是不断地把物体从圆周运动的切线方向拉到圆周上来.一旦作为向心力的合外力突然消失或不足以提供向心力,物体就会发生离心运动.

2.合外力与向心力的关系如图所示

(1)若F合=mrω2或F合=meq\f(v2,r),物体做匀速圆周运动,即“提供”满足“需要”.

(2)若F合mrω2或F合eq\f(mv2,r),物体做半径变小的近心运动,即“提供”大于“需要”.

(3)若F合mrω2或F合eq\f(mv2,r),则外力不足以将物体拉回到原圆周轨道上,物体逐渐远离圆心而做离心运动,即“需要”大于“提供”或“提供不足”.

(4)若F合=0,则物体沿切线方向飞出,做匀速直线运动.

【题型1火车转弯问题】

【例1】铁路在弯道处的内外轨高低是不同的。如图所示,已知轨道平面的倾角为,弯道处的轨道圆弧半径为R,火车以轨道的设计速度行驶时,车轮轮缘与内外轨恰好没有挤压。质量为m的火车转弯时,下列说法正确的是()

A.轨道的设计速度为

B.轨道的设计速度为

C.火车实际速度大于设计速度时,内轨与轮缘之间有挤压

D.火车实际速度大于设计速度时,铁轨对火车的作用力等于

【变式1-1】(多)公路急转弯处通常是交通事故多发地带.如图所示,某公路急转弯处是一圆弧,当汽车行驶的速率为vc时,汽车恰好没有向公路内外两侧滑动的趋势,则在该弯道处

A.路面外侧高内侧低

B.车速只要低于vc,车辆便会向内侧滑动

C.车速虽然高于vc,但只要不超出某一最高限度,车辆便不会向外侧滑动

D.当路面结冰时,与未结冰时相比,vc的值变小

【变式1-2】(多)一质量为2.0×103kg的汽车在水平公路上行驶,路面对轮胎的径向最大静摩擦力为1.4×104N,当汽车经过半径为80m的弯道时,下列判断正确的是()

A.汽车转弯时所受的力有重力、弹力、摩擦力和向心力

B.汽车转弯的速度为20m/s时所需的向心力为1.4×104N

C.汽车转弯的速度为20m/s时汽车不会发生侧滑

D.汽车能安全转弯的向心加速度不超过7.0m/s2

【变式1-3】如图甲所示,汽车的后备箱里水平放着一个内装圆柱形工件的木箱,工件截面和车的行驶方向垂直,当汽车以恒定速率通过如图乙所示的三个半径依次变小的水平圆弧形弯道ABC时,木箱及箱内工件均保持相对静止。从汽车行驶方向上看,下列说法正确的是()

A.Q和M对P的支持力大小始终相等

B.汽车过A点时,汽车重心的角速度最小

C.汽车过A、B、C三点时工件P受到的合外力大小相等

D.汽车过A、C两点时,M对P的支持力小于Q对P的支持力

【题型2拱形桥和凹形桥问题】

【例2】小蜀同学用玩

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