6.4生活中的圆周运动（知识解读）-2023-2024学年高中物理同步知识点解读与专题训练（人教版2019必修第二册）

6.4生活中的圆周运动（知识解读）（原卷版） •知识点1 车辆转弯问题（火车转弯、汽车转弯） •知识点2 汽车过拱形桥与航天器中的失重现象 •知识点3 离心运动 •作业 巩固训练 知识点1 （火车转弯、汽车转弯） 1、汽车转弯问题模型如下 （1）一般来说转弯处的地面是倾斜的，当汽车以某一适当速度经过弯道时，由汽车自重与斜面的支持力的合力提供向心力；小于这一速度时，地面会对汽车产生向外侧的摩擦力；大于这一速度时，地面会对汽车产生向内侧的摩擦力。所以当汽车转弯时,存在一个安全通过的最大速度，如果超过了这个速度，汽车将发生侧滑现象。 （2）改进措施:①增大转弯半径；②增加路面的粗糙程度；③最重要的一点:司机应该减速慢行；④增加路面高度差——外高内低。 2、火车转弯模型如下 （1）与公路弯道类似，铁轨弯道处，也通过一定的设计，展现出一定的坡度。当火车以速度通过时，恰好有火车自身重力与铁轨的支持力的合力提供向心力。 速度v推断：如图所示，受力分析可得F合＝mg tanθ；火车转弯时所需的向心力， 当F合=Fn时，。 （2）当v＜这一速度时，轮缘受到内轨向外的弹力。 （3）当v＞这一速度时。轮缘受到外轨向内的弹力。 【典例1-1】假定某水平圆形环岛路面如图（a）， 汽车受到的最大静摩擦力与重力的比值恒定不变，则当汽车匀速率地通过环形路段时，汽车的侧向摩擦力达到最大时的最大速度称为临界速度，下列说法正确的是（　　） A．汽车所受的合力为零 B．汽车受重力、弹力、摩擦力和向心力的作用 C．汽车在环岛路外侧行驶时，其临界速度增大 D．如图（b）质量相等的两辆车以大小相等的速度绕环岛中心转，甲车受到指向轨道圆心的摩擦力比乙车的大 【典例1-2】（多选）火车速度的提高易使外轨受损，提速后为解决火车转弯时对外轨的磨损问题，下列可行的措施有（　　） A．增大弯道半径 B．减小弯道半径 C．适当减小内、外轨道的高度差 D．适当增大内、外轨道的高度差 【典例1-3】一辆的汽车在水平公路上行驶，经过半径的弯路，汽车轮胎与路面间的最大静摩擦力。为使这辆汽车不发生侧滑，汽车行驶的速度不能超过 m/s 【典例1-4】质量为m的火车，以恒定的速率在水平面内沿一段半径为R的圆形轨道转弯，如图所示，已知路面有一定的倾角．当火车以速率v0在此弯道上转弯时，车轮对轨道的侧压力恰好为零。如果火车以实际速率v(v＞v0)在此弯道上转弯时，车轮将施于铁轨一个与枕木平行的压力F，试求侧压力F的大小。    【变式1-1】如图甲所示，在修筑铁路时，为了消除轮缘与铁轨间的挤压，要根据弯道的半径和规定的行驶速度，设计适当的倾斜轨道，即两个轨道存在一定的高度差。如图乙所示，火车轨道在某转弯处其轨道平面倾角为θ，转弯半径为r，在该转弯处规定行驶的速度为v，则下列说法中正确的是（　　） A．火车运动的圆周平面为图乙中的a B．当火车转弯时，火车实际转弯速度越小越好 C．当火车行驶的速率大于时，外侧铁轨对车轮的轮缘施加压力 D．当火车行驶的速率等于时，内、外侧铁轨对车轮的轮缘均无压力 【变式1-2】（多选）一质量为2.0×103 kg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1.4×104 N，当汽车经过半径为80 m的弯道时，下列判断正确的是（　　） A．汽车转弯时所受的力有重力、弹力、摩擦力和向心力 B．汽车转弯的速度为20 m/s时所需的向心力为1.4×104 N C．汽车转弯的速度为20 m/s时汽车不会发生侧滑 D．汽车能安全转弯的向心加速度不超过7.0 m/s2 【变式1-3】如图所示，火车转弯处外轨略高于内轨。某同学在车厢内研究列车在转弯时的运动情况，他在车厢顶部用细线悬挂一个小球，当列车以速度v通过水平面内的一段弯道时，发现悬挂小球的细线与车厢侧壁平行，已知转弯处铁轨对应的圆弧的半径为r，重力加速度大小为g。则此过程中细线与竖直方向的夹角的正切值为 ，轨道与轮缘间 （填“有”或“无”）沿枕木方向的侧向挤压作用。    【变式1-4】如图所示，高速公路转弯处弯道半径，汽车的质量，重力加速度g取10 m/s2。 （1）当汽车以的速率行驶时，其所需的向心力为多大？ （2）若路面是水平的，已知汽车轮胎与路面间的动摩擦因数，且最大静摩擦力等于滑动摩擦力。问汽车转弯时不发生径向滑动(离心现象)所允许的最大速率vm为多少？    知识点2 汽车过拱形桥与航天器中的失重现象 1、汽车过拱形桥 （1）汽车静止在桥上或通过平桥时，受力情况：F压＝FN＝mg。 （2）汽车过拱形桥时，在最高点时，受力情况如图所示： 向心力；；； 所以：F压＝FN＜mg；汽车对桥的压力小于其所受重力，即处于失重状态；当 FN = 0 时