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

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1、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

2、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：

3、(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θ，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v>v0＝时，轮缘受哪个轨道的压力？当火车行驶速度v

4、度是72km/h，内外轨的高度差应该是多大，才能使铁轨不受轮缘的挤压？保持内外轨的这个高度差，如果车的速度大于或小于72km/h，会分别发生什么现象？说明理由。【解析】火车在转弯时所需的向心力在“临界”状况时由火车所受的重力和轨道对火车的支持力的合力提供。如图所示，图中h为内外轨高度差，L为轨距。F＝mgtanθ＝m，tanθ＝由于轨道平面与水平面间的夹角一般很小，可以近似地认为tanθ≈sinθ＝代入上式得：＝所以内外轨的高度差为h＝＝m＝0．195m。【针对训练】铁路在弯道处的内外轨道高度是不同的，已知内外轨道平面与水平面的夹角为θ，如图所示，弯道处的圆弧半径为R，若

5、质量为m的火车转弯时速度等于，则(　　)A．内轨对内侧车轮轮缘有挤压B．外轨对外侧车轮轮缘有挤压C．这时铁轨对火车的支持力等于D．这时铁轨对火车的支持力大于【答案】　C【解析】　由牛顿第二定律F合＝m，解得F合＝mgtanθ，此时火车受重力和铁路轨道的支持力作用，如图所示，FNcosθ＝mg，则FN＝，内、外轨道对火车均无侧压力，故C正确，A、B、D错误。※知识点二、汽车过桥问题关于汽车过桥问题，用图表概括如下：内容项目汽车过凸形桥汽车过凹形桥受力分析内容项目汽车过凸形桥汽车过凹形桥以向心力方向为正方向mg－FN＝mFN＝mg－mFN－mg＝mFN＝mg＋m牛顿第三定律F

6、压＝FN＝mg－mF压＝FN＝mg＋m讨论v增大，F压减小；当v增大到时，F压＝0v增大，F压增大特别提醒：当汽车行驶在凸形桥上，速度增大时，汽车对桥的压力减小，当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FN′＝FN＝mg－m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

7、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)FN′＝FN＝mg＋>mg，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Fn－mg＝m，FN＝mg＋m>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