第六章 第四节 生活中的圆周运动-2020-2021学年高中物理同步备课学案（2019人教版必修第二册）

第4节　生活中的圆周运动 知识点归纳 知识点一、铁路的弯道 1．火车转弯时的运动特点：火车转弯时做的是圆周运动，因而具有向心加速度，需要向心力． 2．向心力的来源：转弯处外轨略高于内轨，适当选择内外轨的高度差，可使转弯时所需的向心力几乎完全由重力与支持力的合力来提供． 3．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。 4．圆周平面的特点：弯道处外轨高于内轨,但火车在行驶过程中,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。 5．向心力的来源分析：火车速度合适时,火车受重力和支持力作用,火车转弯所需的向心力完全由重力和支持力的合力提供,合力沿水平方向,大小F=mgtanθ。 6．规定速度分析：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mgtan θ＝meq \f(v\o\al(2,0),R)，解得v0＝eq \r(gRtan θ)，因此，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，以这个特定值行驶时，轮缘与内、外轨间不相互挤压，这个速度通常叫做转弯处的规定速度． 7．轨道压力分析： (1)当火车行驶速度v等于规定速度v0时,所需向心力仅由重力和弹力的合力提供,此时火车对内外轨道无挤压作用。 (2)当火车行驶速度v与规定速度v0不相等时,火车所需向心力不再仅由重力和弹力的合力提供,此时内外轨道对火车轮缘有挤压作用,具体情况如下。 ①当火车行驶速度v>v0时,外轨道对轮缘有侧压力。 ②当火车行驶速度v<v0时,内轨道对轮缘有侧压力。 知识点二、拱形桥 汽车以速度v过半径R的凸形(或凹形)桥时受力如图所示，在最高点(或最低点)处，由重力和支持力的合力提供向心力． 1．在凸形桥上，速度越大，FN越小，向心力越大； 2．在凹形桥上，速度越大，FN越大，向心力越大． 3．汽车过拱桥：如汽车过拱桥顶时向心力完全由重力提供(支持力为零)，则据向心力公式Fn＝mg＝meq \f(v2,R)得，v＝eq \r(gR)(R为圆周半径)，故汽车是否受拱桥顶作用力的临界条件为： v临＝eq \r(gR)，此时汽车与拱桥顶无作用力． (1)当v<v临时，mg<meq \f(v2,R)，车受到桥顶的支持力FN，