生活中的圆周运动 学案-高一下学期物理人教版（2019）必修第二册.docx

《生活中的圆周运动 学案-高一下学期物理人教版（2019）必修第二册.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《生活中的圆周运动 学案-高一下学期物理人教版（2019）必修第二册.docx（9页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、6.41生活中的圆周运动-人教版（2019）必修二简案一、 车辆转弯问题1、汽车在水平路面的转弯汽车受重力、支持力、摩擦力作用；其中FN=mg水平面上由摩擦力提供向心力有：f=当速度过大时，摩擦力不足以提供向心力时，汽车会冲向路面外侧，即侧滑。2、火车轨道铁路在弯道处的内外轨道高低是不同的。铁轨平面与水平面的夹角为，弯道处的圆弧半径为R。质量为m的火车以速度v通过某弯道时，如图：重力和支持力合力提供水平方向向心力如图所示：由牛顿第二定律得：mgtan解得：v 当速度小于时，向心力减小，内轨有侧压力，反之外轨有侧压力。二、 拱形桥问题1、 凸起的拱形桥，如图所示：在最高点，根据牛顿第二定律有：m

2、g- FN =当速度v增大时，FN逐渐减小，直至FN =0，此时v= 当v时汽车飞离桥面。2、凹形拱桥，如图所示：在最高点，根据牛顿第二定律有：FN -mg =当速度v越大或者r越小时，FN逐渐增大，容易造成爆胎。例题讲解【例1】铁路在弯道处的内、外轨道高度是不同的，已知内、外轨道平面与水平面的夹角为，如图所示，弯道处的圆弧半径为R，若质量为m的火车转弯时速度等于，则（）A内轨对内侧车轮轮缘有挤压 B外轨对外侧车轮轮缘有挤压 C这时铁轨对火车的支持力等于 D这时铁轨对火车的支持力大于 解：CD、火车在水平面内运动，所以，在竖直方向上受力平衡，所以，铁轨对火车的支持力FN的竖直分量与重力平衡，即

3、FNcos=mg,所以，FN 故C正确，D错误；AB、铁轨对火车的支持力FN的水平分量为FNsin=mgtan，火车在弯道半径为R的转弯处的速度v ，所以，火车转弯时需要的向心力Fmgtan；支持力的水平分量正好等于向心力，故火车轮缘对内外轨道无挤压，故A错误，B错误；故选：C。【例2】如图所示，有一辆质量为800kg的小汽车驶上圆弧半径为40m的波浪形路面。（1）汽车到达凹形路面段最底A时速度为10m/s,路面对汽车的支持力是多大？（2）汽车以多大速度经过最高点B时，汽车恰好对路面没有压力？解：（1）汽车在最低点A处，根据牛顿第二定律FN1mg代入数据解得：FN1=6000N（2）汽车在B点

4、重力完全提供向心力时，恰好对路面无压力，根据牛顿第二定律mg代入数据解得：v2=20m/s答：（1）路面对汽车的支持力是6000N。（2）汽车以20m/s的速度经过最高点B时，汽车恰好对路面没有压力。【例3】如图所示，甲、乙、丙、丁是游乐场中比较常见的过山车，甲、乙两圈的轨道车在轨道的外侧做圆周运动，丙、丁两图的轨道车在轨道的内侧做圆周运动，两种过山车都有安全锁（由上、下、侧三个轮子组成把轨道车套在了轨道上，四个图中轨道的半径都为R，下列说法正确的是（）A甲图中，当轨道车以一定的速度通过轨道最高点时，座椅一定给游客向上的力 B乙图中，当轨道车以一定的速度通过轨道最低点时，安全带一定给游客向上的

5、力 C丙图中，当轨道车以一定的速度通过轨道最低点时，座椅给人的力一定小于重力 D丁图中，若轨道车过最高点的速度大于，安全带一定给游客向上的力解：A、在甲图中，当速度比较小时，根据牛顿第二定律得：mg-N=m，即座椅给人施加向上的力，当速度比较大时，根据牛顿第二定律得：mg+F=m，即座椅给人施加向下的力。故A错误；B、在乙图中，因为合力指向圆心，重力竖直向下，所以安全带给人一定是向上的力。故B正确；C、在丙图中，当轨道车以一定的速度通过轨道最低点时，合力方向向上，重力竖直向下，则座椅给人的作用力一定竖直向上。N-mg=m，座椅一定给人的力大于重力，故C错误；D、在丁图中，由于轨道车有安全锁，可

6、知轨道车在最高点的最小速度为零。故D错误。故选：B。【例4】我们常常在公园和古村洛中见到拱形桥，如图甲所示。一辆质量为1.2103kg的小车，以10m/s的速度经过半径为40m的拱形桥最高点，如图乙所示，取g=9.8m/s2。求：（1）桥对小车支持力的大小；（2）汽车以多大速度经过桥顶时恰好腾空，对桥没有压力；（3）如果拱桥的半径增大到地球半径R=6.4103km,汽车要在桥面腾空，速度要多大？解：（1）根据牛顿第二定律GFN 解得FN=9000N（2）根据牛顿第二定律mg解得v=20m/s（3）由mg将地球半径代入，解得v=8.0103m/s答：（1）桥对小车支持力的大小为9000N；（2）

7、汽车20m/s速度经过桥顶时恰好腾空，对桥没有压力；（3）如果拱桥的半径增大到地球半径R=6.4103km,汽车要在桥面腾空，速度要达到8103m/s.基础练习1、运动员在水平道路上转弯，转弯轨迹可看成一段半径为R的圆弧，运动员始终与自行车在同一平面内。转弯时，只有当地面对车的作用力通过车（包括人）的重心时，车才不会倾倒。设自行车和人的总质量为M，轮胎与路面间的动摩擦因数为，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度为g。下列说法正确的是（）A转弯时自行车和人所受支持力和重力是一对平衡力 B转弯时车受到地面的静摩擦力方向一定垂直于速度方向指向轨迹内侧 C转弯时车受到地面的静摩擦力大小定为Mg D转

8、弯速度越大，车所在平面与地面的夹角越大2、山崖边的公路常被称为最险公路，如图，公路路面水平，一辆汽车欲安全通过此弯道，下列说法正确的是（）A若汽车以恒定的角速度转弯，选择外圈较为安全 B若汽车以恒定的线速度大小转弯，选择内圈较为安全 C汽车在转弯时受到重力、支持力和摩擦力作用 D汽车在转弯时受到重力、支持力、摩擦力和向心力作用3、汽车通过拱形桥时的运动可以看成圆周运动，如图所示，当汽车以一定速度通过圆形拱桥的最高点瞬间，下列说法正确的是（）A桥对汽车的支持力大于汽车的重力 B桥对汽车的支持力小于汽车的重力 C桥对汽车的支持力等于汽车的重力 D桥对汽车的支持力与汽车速度大小无关提升训练4、如图对

9、相关情景的描述，符合物理学实际的是（）A火车轨道在弯道处应设计成“外轨比内轨高” B汽车通过拱形桥最高点时对桥的压力大于汽车所受重力 C洗衣机脱水时利用重力把附着在衣物上的水分甩掉 D圆锥摆的高保持不变，增大摆线与竖直方向的夹角，则圆锥摆的周期也增大5、一辆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车重的0.7倍，当汽车经过半径为80m的水平弯道时，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汽车转弯时所受的合外力可能为零 C汽车转弯的速度为25m/s时汽车会发生侧滑 D汽车能安全转弯的向心加速度不超过0.7m/s2 6、公路拐弯处的路面通常是外高内低。如

10、图，一辆汽车正在向左拐弯，该运动可视为匀速圆周运动，车轮与路面的横向（即垂直于前进方向）摩擦力为零。拐弯过程中车内乘客通过手机软件测得在6秒内汽车的运动方向改变了，速率为10m/s。已知重力加速度g取10m/s2，公路路基的水平宽度l为20m,求：（1）汽车做圆周运动的角速度大小和半径；（2）公路外侧与内侧的高度差h。（计算结果保留）答案详解1、解：A、转弯时，自行车和人的重力与支持力二力平衡，摩擦力提供向心力，故A正确；B、转弯时车匀速转弯时，所受地面摩擦力垂直速度直线轨迹内侧，如果转弯的速度变化，地面摩擦力沿前进方向的分量与速度方向相同，地面摩擦力指向轨迹内侧与前进方向成锐角，地面摩擦力沿

11、前进方向的分量与速度方向相反，地面摩擦力指向轨迹内侧与前进方向成钝角，故B错误；C、转弯过程中，向心力来源于摩擦力，又车与地面发生相对运动趋势，其中的静摩擦最大值应为Mg,故C错误；D、地面对自行车的弹力N与摩擦力f的合力过人与车的重心，设车所在平面与地面的夹角为，则= 又f= 解得： 转弯速度越大，车所在平面与地的夹角越小，故D错误。故选：A。2、解：A、汽车做的是匀速圆周运动，侧向静摩擦力提供向心力。如果汽车以恒定的角速度转弯，根据Fn=m2r,在内圈时转弯半径小，故在内圈时向心力小，故静摩擦力小，不容易打滑，安全，故A错误；B、若汽车以恒定的线速度大小转弯，根据Fn=，在外圈是转弯半径大

12、，故在外圈时向心力小，故静摩擦力小，不容易打滑，安全，故B错误。CD、汽车做的是匀速圆周运动，故是侧向静摩擦力提供向心力，重力和支持力平衡，汽车在转弯时受到重力、支持力和摩擦力作用，向心力是效果力不是物体实际受到的力，故C正确，D错误；故选：C。3、解：汽车通过凸圆弧形桥顶部时，由汽车的重力和桥面的支持力提供汽车的向心力，即：mg-FN=解得：FN=mg- 即FNmg所以桥对汽车的支持力小于汽车的重力，汽车速度越大时桥对汽车的支持力越小，故ACD错误，B正确；故选：B。4、解：A如图1所示，火车转弯时，若以规定速度行驶，火车重力与支持力合力提供向心力；火车轨道在弯道处应设计成“外轨比内轨高”，

13、以满足重力和支持力的合力提供向心力，减小火车轮缘对内轨道或外轨道的挤压，故A正确；B汽车通过拱形桥最高点时，根据牛顿第二定律mg-N= 解得：N=mg-mg，根据牛顿第三定律，此时汽车对桥的压力小于汽车所受重力，故B错误；C当角速度较大时，衣服上的水所受的附着力不足以提供水做圆周运动所需要的向心力，水离开衣服做离心运动从而达到甩掉水分的效果，故C错误；D如图2所示，圆锥摆中，重力和绳子拉力提供小球做圆周运动的向心力。设绳子与竖直方向的夹角为，有mgtanmLsin解得T2=2所以圆锥摆高度保持不变，周期也不变，故D错误。故选：A。5、解：AB、汽车在水平面转弯时做圆周运动，所受的力有重力、弹力

14、、静摩擦力，重力与弹力平衡，侧向静摩擦力提供向心力，故AB错误；B、汽车转弯的速度为25m/s时，需要的向心力F=7.8125m,汽车所受的最大静摩擦力fmax=0.7mg=7m,则Ffmax，所以汽车会发生侧滑，故C正确；D、汽车能安全转弯的最大向心加速度为：fmax=ma解得：a7m/s2，故D错误；故选：C。6、解：（1）依题意可知v=10m/s,，t=6s汽车做圆周运动的角速度为，半径为r,则 代入数据解得rad/sr联立解得r（2）公路路面与水平面夹角为，汽车的质量为m,受力如图，则mgtanm tan联立解得h=m答：（1）汽车做圆周运动的角速度大小和半径分别为rad/s和m；（2）公路外侧与内侧的高度差h为m。学科网（北京）股份有限公司学科网（北京）股份有限公司