第六章《圆周运动》单元练习卷-【起飞计划】2023-2024学年高一物理同步讲练（人教版2019必修第二册）

6.4 生活中的圆周运动 考点一 火车转弯 1．轨道分析 火车在转弯过程中，运动轨迹是一圆弧，由于火车转弯过程中重心高度不变，故火车轨迹所在的平面是水平面，而不是斜面．火车的向心加速度和向心力均沿水平面指向圆心． 2．向心力分析 如图5­7­3所示，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＝mgtan θ. 3．规定速度分析 若火车转弯时只受重力和支持力作用，不受轨道压力，则mgtan θ＝m，可得v0＝(R为弯道半径，θ为轨道所在平面与水平面的夹角，v0为转弯处的规定速度)． 4．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． [例题1] （2023•东莞市开学）在修筑铁路时，弯道处的外轨会略高于内轨．如图所示，当火车以规定的行驶速度转弯时，内、外轨均不会受到轮缘的挤压，设此时的速度大小为v，两轨所在面的倾角为θ，则（　　） A．若火车要以更大的速度安全过该弯道，可减小θ B．当火车质量更大时，规定的行驶速度也需对应增大 C．当火车速率大于v时，内轨将受到轮缘的挤压 D．当火车速率大于v时，外轨将受到轮缘的挤压 [例题2] （2023•北京开学）在原有的铁轨线路上对火车进行提速需要综合考虑很多具体的技术问题，其中火车提速后可能会使弯道处的外轨受损。为解决这个问题，你认为以下措施中最可行的是（　　） A．更换车轮的材质 B．适当增加内外轨的高度差 C．减小铁轨与车轮间的摩擦 D．减小两铁轨间的间距 [例题3] （2023春•武侯区期末）如图为汽车正在水平路面上沿圆轨道匀速转弯，且没有发生侧滑。对转弯时的汽车，下列说法正确的是（　　） A．向心力由车轮和路面间的静摩擦力提供 B．汽车受重力、支持力、摩擦力和向心力 C．汽车处于平衡状态 D．当汽车速度减小时，汽车受到的静摩擦力可能不变 [例题4] （2023春•辽阳期末）港珠澳大桥总长约55km，是世界上总体跨度最长、钢结构桥体最长、海底沉管隧道最长的跨海大桥。如图所示，该路段是港珠澳大桥的一段半径R＝150m的圆弧形弯道，总质量m＝1500kg的汽车通过该圆弧形弯道时以速度v＝72km/h做匀速圆周运动（汽车可视为质点，路面视为水平且不考虑车道的宽度）。已知路面与汽车轮胎间的径向最大静摩擦力为汽车所受重力的，取重力加速度大小g＝10m/s2，则（　　） A．汽车过该弯道时受到重力、支持力、摩擦力和向心力 B．汽车过该弯道时所受径向静摩擦力大小为9000N C．汽车过该弯道时的向心加速度大小为3m/s2 D．汽车能安全通过该弯道的最大速度为30m/s [例题5] （2023春•广西期末）如图所示为赛车场的一个“梨形”赛道，两个弯道分别为半径R＝90m的大圆弧和r＝40m的小圆弧，直道与弯道相切。大、小圆弧圆心O、O′距离L＝100m。赛车沿弯道路线行驶时，路面对轮胎的最大径向静摩擦力是赛车重力的2.25倍，假设赛车在直道上做匀变速直线运动，在弯道上做匀速圆周运动，要使赛车不打滑，绕赛道一周时间最短（发动机功率足够大，重力加速度g）（　　） A．在绕过小圆弧弯道后加速 B．在大圆弧弯道上的速率为35m/s C．在直道上的加速度大小为4.5m/s2 D．通过小圆弧弯道的时间为5.85s 考点二 汽车过拱形桥 汽车过凸形桥(最高点) 汽车过凹形桥(最低点) 受力分析 牛顿第二定律求向心力　　 Fn＝mg－FN＝m Fn＝FN－mg＝m 牛顿第三定律求压力 F压＝FN＝mg－m F压＝FN＝mg＋m 讨论 v增大，F压减小；当v增大到时，F压＝0 v增大，F压增大 超、失重 汽车对桥面压力小于自身重力，汽车处于失重状态 汽车对桥面压力大于自身重力，汽车处于超重状态 [例题6] （多选）（2023•海淀区校级开学）我国航天员在“天宫课堂”中演示了多种有趣的实验，提高了青少年科学探索的兴趣。某同学设计了如下实验：细绳一端固定，另一端系一小球，给小球一初速度使其在竖直平面内做圆周运动。无论在“天宫”还是在地面做此实验，下列说法错误的是（　　） A．小球的速度大小均发生变化 B．小球的向心加速度大小均发生变化 C．细绳的拉力均不改变小球的速度大小 D．细绳的拉力大小均发生变化 [例题7] （多选）（2023•新建区校级开学）竖直