第六章 4. 生活中的圆周运动-【重难点手册】2023-2024学年新教材高中物理必修第二册（人教版）

第六章圆周运动收 第4节生活中的圆周运动 重点：火车转弯和汽车过拱形桥问题及离 1.能根据所学知识分析生活中的各种圈周运动现象，在此过 心运动： 程中体会模型建构的方法 难点：会分析和求解圆周运动中的临界问 2.知道航天器中的失重现象 题，会用牛顿第二定律分析圆周 3.观察生活中的离心现象，知道离心运动产生的原因，了解 运动. 其在生活中的应用，并知道离心运动所带来的危害， 口-01一必备知识梳理 基础梳理 知识点1火车转弯 1.问题引入 国敲黑板 在铁路弯道处，稍微留意一下，就能发现内、外轨 火车转弯的圆平面是水 道的高度略有不同（如图所示）.你能解释其中的原 平面，不是斜面 因吗？ 在铺设转弯的铁轨时，整 2.火车车轮的结构特点 个外轨道离地面的高度是一 火车的车轮有凸出的轮缘，且火车在轨道上运行时，有凸出 致的，整个内轨道离地面的高 度也是一致的，但外轨道离地 轮缘的一边在两轨道内侧，这种结构特点主要是有助于固定火车 面的高度大于内轨道离地面 运动的轨迹（如图所示）. 的高度，即铁路外轨道高于内 轨道，因此火车的重心始终在 同一水平面内.火车的向心加 一轮鲜 速度和向心力的方向都是水 平指向圆心的。 3.火车转弯时向心力的来源分析 火车转弯时做圆周运动，需要向心力.如果在转弯处内、外轨 2划重点 道一样高，外侧车轮的轮缘挤压外轨，使外轨发生弹性形变，外轨 如图所示： 对轮缘的弹力提供火车转弯时的向心力，如上图所示.但火车质 量太大，靠这种方式得到向心力，轮缘与外轨间的相互作用力太 大，铁轨和车轮极易受损， 修筑铁路时，在转弯处使外轨略高于内轨，并根据弯道的半 径和规定的行驶速度，适当选择内、外轨的高度差，使转弯时所需 的向心力几乎完全由重力G和支持力F、的合力来提供这样，轨 道与轮缘也就几乎没有挤压了. 1.当火车以规定速度 89 国避台手册高中物理必修第二) 例①(2023·四川树德中学高一期末)如图所示，当列车以 转弯时，重力和支持力的合力 恒定速率通过一段半径为r的水平圆弧形弯道时，乘客发现在 F每等于向心力，这时轮缘与 车厢顶部悬挂玩具小熊的细线与车厢侧壁平行，同时观察放在桌 内、外轨均无侧压力。 2.当火车转弯速度>w 面上的质量为m的小物块.已知此弯道路面的倾角为0，不计空 时，该合力F金小于向心力，外 气阻力，重力加速度为g,则下列判断正确的是( 轨向内侧挤压轮缘，产生的侧 A.列车转弯时的速率一 gtan 0 压力与F。共同充当向心力. 3.当火车转弯速度 B.列车的轮缘与轨道均无侧向挤压 时，该合力F金大于向心力， 作用 内轨向外侧挤压轮缘，产生的 C.小物块受到指向桌面外侧的静摩 侧压力与F。共同充当向心力， 擦力 4.火车转弯时的向心力 D.小物块受到桌面的支持力的大小为mgtan0 是水平的. 解析设玩具小熊的质量为m1,受力如图甲所示，由牛顿第 二定律有m1gtan0=m1a,可得加速度a=gtan0,对列车整体（设 其质量为m),路面的支持力和重力的合力恰好等于m2a,且a gam0-=,列车转弯时的達率为v=grian0,故A错误：列车 的向心加速度a=gtan0,由列车的重力与轨道的支持力的合力 提供，则列车与轨道均无侧向挤压作用，故B正确：小物块的向心 加速度a=gtan0,由小物块的重力与桌面的支持力的合力提供 小物块与桌面间的静摩擦力为0，故C错误：小物块受力如图乙所 示，受到来面的支持力的大小为F一。故D错误。 答案B 知识点2汽车过拱形桥 国向题探究 汽车过拱形桥 汽车过凹形桥 如图所示，在某次军事演 习中，一辆战车以恒定的速率 受力分析 在起伏不平的路面上行进，战 车在哪一点时对路面的压力 90 第六章 圆周运动隆0 续表 最大？在哪一点时对路面的 汽车过拱形桥 汽车过四形桥 压力最小？ 桥对汽车的支持 G-F、=mR' v F、一G=mR' 力（规定向心力 方向为正方向) R=G-m天 F-G时m装 分析：根据汽车过拱形桥 和凹形桥的模型可知，战车在 汽车对桥的压力 R=R=G-m尺 R=R=G叶m发 B,点时对路面的压力大于自 身重力，在A、C两点时对路 v增大，F减小：当v增大到 讨论 v增大，F增大 面的压力小于自身重力，在D gR时，Fm=0,此后汽车将 开始做平抛运动 点时对路面的压力等于自身 重力，所以战车在B,点时对路 ①在拱形桥最高点，桥对汽车的支持力小于汽车的重 力，汽车处于失重状态：在凹形桥最低点，桥对汽车的支 面的压力最大.在A、C两点， 持力大于汽车的重力，汽车处于超重状态 A点的曲率半径较小，根据 说明 ②汽车过拱形桥时，当0≤<√gR时，0<Fw≤G:当u E=mg一ng可知，战车在 √gR时，F、=0:当>√F时，汽车将脱离桥面，发生危 A,点