高中物理：水平面内的圆周运动.docx

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1、一、火车转弯当内外轨一样高时，铁轨对火车竖直向上的支持力和火车重力平衡向心力由铁轨外轨的轮缘的水平弹力产生这种情况下铁轨容易损坏轮缘也容易损坏当外轨比内轨高时，铁轨对火车的支持力不再是竖直向上，和重力的合力可以提供向心力，可以减轻轨和轮缘的挤压最佳情况是向心力恰好由支持力和重力的合力提供，铁轨的内、外轨均不受到侧向挤压的力定量分析火车转弯的最佳情况受力分析：如图所示火车受到的支持力和重力的合力的方向指向圆心，成为使火车拐弯的向心力动力学方程：根据牛顿第二定律得mgtanm其中r是转弯处轨道的半径，是使内外轨均不受力的最佳速度分析结论：解上述方程可知rgtan可见，最佳情况是由、r、共同决定的当

2、火车实际速度为v时，可有三种可能，当v时，内外轨均不受侧向挤压的力；当v时，外轨受到侧向挤压的力（这时向心力增大，外轨提供一部分力）；当v时，内轨受到侧向挤压的力（这时向心力减少，内轨提供一部分力）二、水平地面摩擦力三、其它：例1、如图所示，用细绳一端系着的质量为M=0.6kg的物体A静止在水平转盘上，细绳另一端通过转盘中心的光滑小孔O吊着质量为m=0.3kg的小球B，A的重心到O点的距离为0.2m若A与转盘间的最大静摩擦力为f=2N，为使小球B保持静止，求转盘绕中心O旋转的角速度的取值范围（取g=10m/s2）解析：要使B静止，A必须相对于转盘静止具有与转盘相同的角速度A需要的向心力由绳拉力

3、和静摩擦力合成角速度取最大值时，A有离心趋势，静摩擦力指向圆心O；角速度取最小值时，A有向心运动的趋势，静摩擦力背离圆心O对于B，T=mg对于A，rad/srad/s所以2.9 rad/srad/s例2、小球在半径为R的光滑半球内做水平面内的匀速圆周运动，试分析图中的（小球与半球球心连线跟竖直方向的夹角）与线速度v、周期T的关系。（小球的半径远小于R）解析：小球做匀速圆周运动的圆心在和小球等高的水平面上（不在半球的球心），向心力F是重力G和支持力N的合力，所以重力和支持力的合力方向必然水平。如图所示有：，由此可得：，（式中h为小球轨道平面到球心的高度）。可见，越大（即轨迹所在平面越高），v越大，T越小。