2024届高考物理一轮复习专题：第21讲生活中的圆周运动-汽车、火车转弯

生活中的圆周运动-汽车、火车转弯 类型四、水平路面转弯模型 (1)向心力来源：来自轮胎与路面之间的侧向摩擦力。 (2).最大安全转弯速度vm 最大静摩擦力近似等于滑动摩擦力，根据μmg=mvm2/r，得 。 (3).当速度小于vm时：侧向静摩擦力提供向心力，f=mvm2/r。 练习题： 1．如图所示，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．汽车转弯时受到重力、弹力、摩擦力和向心力 B．汽车转弯速度为20m/s时所需的向心力为1.2×104N C．汽车转弯速度为20m/s时汽车不会侧滑 D．汽车安全转弯的向心加速度大小可能为8m/s2 2．图（a）为流水线上的水平皮带转弯机，其俯视图如图（b）所示，虚线ABC是皮带的中线。中线上各处的速度大小均为v=1.0m/s；AB段为直线，长度L=4m，BC段为圆弧，半径R=2.0m，现将一质量m=1.0kg的小物件轻放于起点A处后，小物件沿皮带中线运动到C处，已知小物件与皮带间的动摩擦因数为μ=0.5，设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度g取10m/s2，下列说法正确的是（　　） A．小物件自A点一直做匀加速直线运动到达B点 B．小物件运动到圆弧皮带上时滑动摩擦力提供向心力 C．小物件运动到圆弧皮带上时所受到的摩擦力大小为0.5N D．若将中线上速度增大至3m/s，则小物件运动到圆弧皮带上时会滑离虚线 3．如图甲所示，质量为m（包含滑雪装备）的运动员为了顺利通过水平面上半径为R的旗门弯道，利用身体倾斜将雪板插入雪中，可简化为如图乙所示的模型，雪板A底面与竖直方向的夹角为θ，回转半径R远大于运动员B的身高，已知重力加速度大小为g，不计雪板A侧面受力，不计摩擦与空气阻力，则运动员能安全通过旗门弯道的最大速度为（　　） A． B． C． D． 4．冰面对滑冰运动员的最大摩擦力为运动员重力的k倍，在水平冰面上沿半径为R的圆周滑行的运动员，其安全速度为（重力加速度为g）（　　） A． B． C． D． 5．高性能赛车都安装了扰流板——尾翼，气流通过车身会对车速为v的赛车产生大小为FN=kv2的压力，以增加汽车的抓地力，不同角度的尾翼张角对应不同的k值。假设赛车正在半径为100m的水平弯道上转弯，受到的最大静摩擦力为其对地面压力的0.8倍，赛车和车手的总质量为640kg，g取10m/s2。以下说法正确的是（　　） A．若k=2，车速为40m/s时，车辆不会发生侧滑 B．若k=2，车速过快会导致侧滑 C．若k=8，车速为60m/s时，车辆会发生侧滑 D．若k=8，车速过快会导致侧滑 6．2021年3月27日，我国花样滑冰运动员陈虹伊，在2021世界花样滑冰锦标赛上以162.79分的总成绩排在女子单人滑第二十一名。如图甲是我国奥运冠军花样滑冰运动员陈虹伊在赛场上的情形，假设在比赛的某段时间她单脚着地，以速度v做匀速圆周运动，如图乙冰鞋与冰面间的夹角为37°，陈虹伊的质量为m，重力加速度为g，sin37°=0.6，cos37°=0.8，不计冰鞋对陈虹伊的摩擦，下列说法正确的是（　　） A．陈虹伊受重力、冰鞋的支持力、向心力的作用 B．冰鞋对陈虹伊的支持力大小为 C．陈虹伊做匀速圆周运动的半径为 D．陈虹伊做匀速圆周运动的向心加速度大小为 类型五、火车转弯模型 ( 特别注意：转弯的向心力是水平的 ) 在倾斜轨道上转弯： 供需平衡： ①设计时速v：：。因为θ角很小，所以 ②若火车经过弯道时的速度 ，外轨将受到挤压。 ③若火车经过弯道时的速度 ，内轨将受到挤压。 练习题： 7．如图所示为火车在水平路基上拐弯处的截面示意图，弯道的半径为R，轨道的外轨略高于内轨，轨道平面倾角为θ（θ很小）。当火车以大小为的速度通过此弯道时，则火车（　　） A．所受支持力N的竖直分量大于重力G B．所受支持力N的平行斜面分量提供向心力 C．所受重力G在平行于轨道平面方向上的分量提供向心力 D．所受重力G在垂直于轨道平面方向上的分量与支持力N平衡 8．在高速公路的转弯处，通常路面都是外高内低。如图所示，在某路段汽车向左转弯，司机左侧的路面比右侧的路面低一些。汽车的运动可看成在水平面内做半径为R的圆周运动。设内外路面高度差为h，路基的水平宽度为d，路面的宽度为L。已知重力加速度为g。要使车轮与路面之间的横向摩擦力（即垂直于前进方向）等于零，则汽车转弯时的车速应等于（　　） A． B． C． D． 9．我们熟悉的湘黔铁路提速后速度可达到了120km/h。如果把火车转弯近似看成是做匀速圆周运动，火车速度提高会使外轨受损。为解决火车高速转弯时不使外轨受损这一难题，