6.4生活中的圆周运动（讲义）（6大知识点+8大题型+分层练习）【名校生】2023-2024学年高一下物理知识精讲与细练(人教版).zip

6.4 生活中的圆周运动 知识点1：火车转弯 2 01火车和飞机倾斜转弯模型 4 知识点2：汽车转弯 5 02汽车和自行车在水平面的转弯模型 6 知识点3：拱形桥和凹形路面 7 03拱桥和凹桥模型 7 知识点4：竖直平面内绳（或杆）约束的圆周运动 8 04绳球模型及其临界问题 10 知识点5：航天器中的失重现象 11 05杆球模型及其临界问题 12 知识点6：离心运动 13 06航天器的失重现象 14 07物体做离心或向心运动的条件 15 08离心运动的防止和应用 16 【基础练·强化巩固】 17 【拓展练·培优拔高】 21 课堂目标 关键词 1. 会分析生活中的各种圆周运动现象，体会模型构建的方法，会用牛顿第二定律解决生活中的圆周运动问题。 2. 知道航天器中的失重现象。 3. 知道离心运动及其产生条件，了解离心心运动的防止和应用。 ①火车转弯 ②拱形桥 凹形路面 ③失重现象 ④离心运动 知识点1：火车转弯 【问题情景】下图为火车转弯的情景，从图中能看出火车转弯时有何特点吗? (穿道半径较大，火车倾料) 1. 火车车轮的结构特点 火车的车轮有凸出的轮缘，且火车在轨道上沿直线运行时，凸出轮缘的一边在两轨道的内侧，如图所示。这种结构特点，有助于火车在轨道上稳定运动(不脱轨)。 2. 火车转弯时向心力的来源 (1) 两轨道等高：火车在弯道上运动时，做圆周运动需要向心力。如图所示，如果内外轨道一样高，外侧车轮的轮缘挤压外轨，外轨对轮缘的弹力提供火车转弯时的向心力。但火车质量太大，靠这种办法获得向心力，将会使轮缘与外轨间的相互作用力太大，不仅铁轨和车轮极易受损，还可能使火车侧翻。 (2) 两轨道不等高：实际情况是在转弯处外轨略高于内轨，并根据弯道的半径和规定的行驶速度，适当调整内、外轨的高度差，使转弯时所需向心力完全由重力mg和支持力F的合力提供，如图下所示。 3. 火车转弯时的速度 如上图所示，若车轨间距为L，两轨高度差为h，转弯半径为r，火车的质量为m，由三角形边角关系知，，对火车受力分析可得上，因为0角很小，可以取，故，所以向心力。 又因为，所以车速 拓展：火车以不同的速度行驶时，轮缘侧向受力情况 讨论：假设火车转弯处规定速度为，火车以不同的速度行驶时，轮缘所受侧向压力情况如下： ①当火车行驶速率时，火车相对于轨道有向外运动的趋势，轮缘对外轨有挤压，则外轨对轮缘有向内的侧压力。 ②当火车行驶速率时，火车相对于轨道有向内运动的趋势，轮缘对内轨有挤压，则内轨对轮缘有向外的侧压力。 ③当火车行驶速率时，内、外轨对轮缘均无侧压力。 01火车和飞机倾斜转弯模型 【典例1】火车转弯时，如果铁路弯道的内、外轨一样高，则外轨对轮缘（如左图所示）挤压的弹力F提供了火车转弯的向心力（如图中所示），但是靠这种办法得到向心力，铁轨和车轮极易受损。在修筑铁路时，弯道处的外轨会略高于内轨（如右图所示），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侧向挤压，设此时的速度大小为v，重力加速度为g，以下说法中正确的是（　　） A．该弯道的半径 B．当火车质量改变时，规定的行驶速度也将改变 C．当火车速率大于v时，外轨将受到轮缘的挤压 D．按规定速度行驶时，支持力小于重力 【变式1-1】如图所示，质量为m的飞机以角速度在空中水平盘旋，其做匀速圆周运动的半径为R，重力加速度为。则空气对飞机的作用力大小为（　　） A． B．mg C． D． 【变式1-2】（多选）如图所示，当列车以恒定速率通过一段水平圆弧形弯道时，乘客发现在车厢顶部悬挂玩具小熊的细线与车厢侧壁平行。同时观察放在桌面上水杯内的水面，桌面与车厢底板平行。已知此弯道路面的倾角为θ，不计空气阻力，重力加速度为，则下列判断正确的是（　　）    A．列车转弯时的向心加速度大小为 B．列车的轮缘与轨道均无侧向挤压作用 C．水杯受到指向桌面外侧的静摩擦力 D．水杯内水面与水平面平行 知识点2：汽车转弯 1. 水平路面上行驶 如图所示，汽车在水平路面上转弯时，摩擦力提供向心力(设最大静摩擦力等于滑动摩擦力)，即，当摩擦力达到最大值时，汽车转弯的速度达到临界值，因，则临界速度 2. 倾斜路面上行驶 倾斜路面：高速公路、赛车赛道的转弯处设计得外高内低，目的是减小由于转弯产生的摩擦力对车轮的损坏，使汽车的重力与支持力的合力提供车辆转弯时所需的向心力，如下图所示。 特别提示：曲线运动的条件 ①路面倾斜，但汽车做圆周运动的轨道面是水平的。 ② 向心力在水平面内，但摩擦力的方向与路面平行。 ③汽车在倾角为θ的路面上做半径为r的圆周运动时，若速度，路面与汽车间恰无摩擦力；当时，静摩擦力沿路面斜向下；当时，静摩擦力沿路面斜向上。 02汽车和自行车在水平面的转弯模型 【典例2】如图所示，高速公路转弯处弯道半径，汽