《高中物理 第二章 勻速圓周運動 第3節(jié) 圓周運動的實例分析 1 火車、汽車拐彎的動力學(xué)問題學(xué)案 教科版必修2》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《高中物理 第二章 勻速圓周運動 第3節(jié) 圓周運動的實例分析 1 火車、汽車拐彎的動力學(xué)問題學(xué)案 教科版必修2（6頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、火車、汽車拐彎的動力學(xué)問題知識點考綱要求題型說明火車、汽車拐彎的動力學(xué)問題1. 掌握火車、汽車拐彎時的向心力來源2. 能從供需關(guān)系理解拐彎減速的原理3. 會用圓周運動的規(guī)律解決實際問題選擇題、計算題重點內(nèi)容是圓周運動規(guī)律具體應(yīng)用，考查重點是把具體問題抽象成模型，利用規(guī)律進(jìn)行解題，物理情景源于身邊的物理現(xiàn)象一、 考點突破：二、重難點提示：重點：1. 掌握火車、汽車拐彎時的向心力來源；2. 會用圓周運動的規(guī)律解決實際問題。難點：能從供需關(guān)系理解拐彎減速的原理。一、火車轉(zhuǎn)彎問題1. 火車在水平路基上的轉(zhuǎn)彎（1）此時火車車輪受三個力：重力、支持力、外軌對輪緣的彈力。（2）外軌對輪緣的彈力提供向心力。（

2、3）由于該彈力是由輪緣和外軌的擠壓產(chǎn)生的，且由于火車質(zhì)量很大，故輪緣和外軌間的相互作用力很大，易損害鐵軌。2. 實際彎道處的情況:外軌略高于內(nèi)軌道（1）對火車進(jìn)行受力分析：火車受鐵軌支持力N的方向不再是豎直向上，而是斜向彎道的內(nèi)側(cè)，同時還有重力G。（2）支持力與重力的合力水平指向內(nèi)側(cè)圓心，成為使火車轉(zhuǎn)彎所需的向心力?！疽?guī)律總結(jié)】轉(zhuǎn)彎處要選擇內(nèi)外軌適當(dāng)?shù)母叨炔睿罐D(zhuǎn)彎時所需的向心力完全由重力G和支持力N來提供，這樣外軌就不受輪緣的擠壓了。3. 限定速度v分析：火車轉(zhuǎn)彎時需要的向心力由火車重力和軌道對它的支持力的合力提供。F合=mgtan= 由于軌道平面和水平面的夾角很小，可以近似地認(rèn)為tansi

3、n=h/d 代入得： mg=思考：在轉(zhuǎn)彎處：（1）若列車行駛的速率等于規(guī)定速度，則兩側(cè)軌道是否受車輪對它的側(cè)向壓力。（2）若列車行駛的速率大于規(guī)定速度，則_軌必受到車輪對它向_的壓力（填“內(nèi)”或“外”）。（3）若列車行駛的速率小于規(guī)定速度，則_軌必受到車輪對它向_的壓力（填“內(nèi)”或“外”）。二、汽車轉(zhuǎn)彎中的動力學(xué)問題1. 水平路面上的轉(zhuǎn)彎問題：摩擦力充當(dāng)向心力 umg=mv2/r。由于摩擦力較小，故要求的速度較小，否則就會出現(xiàn)離心現(xiàn)象，發(fā)生側(cè)滑，出現(xiàn)危險。2. 實際的彎道都是外高內(nèi)底，以限定速度轉(zhuǎn)彎，受力如圖。Mgtan=Mv2/r v=當(dāng)v ，側(cè)向下摩擦力的水平分力補充不足的合外力；v ，側(cè)

4、向上摩擦力的水平分力抵消部分過剩的合外力；v =，沿斜面方向的摩擦力為零，重力和支持力的合力提供向心力。例題1 在用高級瀝青鋪設(shè)的高速公路上，汽車的最大速度為108 km/h。汽車在這種路面上行駛時，它的輪胎與地面的最大靜摩擦力等于車重的0.4倍。（g取10 m/s2）（1）如果汽車在這種高速路的水平彎道上拐彎，假設(shè)彎道的路面是水平的，其彎道的最小半徑是多少？（2）如果高速公路上設(shè)計了圓弧拱橋，要使汽車能夠安全通過圓弧拱橋，這個圓弧拱橋的半徑至少是多少？思路分析：（1）汽車在水平路面上拐彎，可視為汽車做勻速圓周運動，其向心力由車與路面間的靜摩擦力提供。當(dāng)靜摩擦力達(dá)到最大值時，由向心力公式可知這

5、時的半徑最小，有m0.4mg，由速度v30 m/s，得：r225m。（2）汽車過拱橋，看做在豎直平面內(nèi)做勻速圓周運動，到達(dá)最高點時，根據(jù)向心力公式有mgNm，為了保證安全，車對路面的壓力必須大于零。有mgm，v30 m/s，則R90 m。答案：（1）225m（2）90m例題2 如圖所示為一輛箱式貨車的后視圖。該箱式貨車在水平路面上做彎道訓(xùn)練。圓弧形彎道的半徑為R=8m，車輪與路面間的動摩擦因數(shù)為=0.8，滑動摩擦力等于最大靜摩擦力。貨車頂部用細(xì)線懸掛一個小球P，在懸點O處裝有拉力傳感器。車沿平直路面做勻速運動時，傳感器的示數(shù)為F0=4N。取g=10m/s2。（1）該貨車在此圓弧形彎道上做勻速圓

6、周運動時，為了防止側(cè)滑，車的最大速度vm是多大？（2）該貨車某次在此彎道上做勻速圓周運動，穩(wěn)定后傳感器的示數(shù)為F=5N，此時細(xì)線與豎直方向的夾角是多大？此時貨車的速度v是多大？ 思路分析：（1）車沿平直路面做勻速運動時，小球處于平衡狀態(tài)，傳感器的示數(shù)為，得到。該貨車在此圓弧形彎道上做勻速圓周運動時，地面對其摩擦力提供向心力，為了防止側(cè)滑，向心力不能超過最大靜摩擦力即，帶入計算得。（2）小球受力如下圖，一個重力方向豎直向下，一個拉力，二者的合力沿水平方向提供向心力，根據(jù)幾何關(guān)系得到，帶入計算得。所以沒有側(cè)滑，運動半徑不變，分析正確。得到。答案：（1） （2） 知識脈絡(luò)滿分訓(xùn)練：火車軌道在轉(zhuǎn)彎處，外軌高于內(nèi)軌，其高度差由轉(zhuǎn)彎半徑與火車速度確定。若在某轉(zhuǎn)彎處規(guī)定行駛的速度為v，則下列說法中正確的是（ ） 當(dāng)以v的速度通過此彎路時，火車重力與軌道面支持力的合力提供向心力 當(dāng)以v的速度通過此彎路時，火車重力、軌道面支持力和外軌對輪緣彈力的合力提供向心力 當(dāng)速度大于v時，輪緣擠壓外軌 當(dāng)速度小于v時，輪緣擠壓外軌A. B. C. D. 思路分析：在某轉(zhuǎn)彎處規(guī)定速度行駛，重力和支持力的合力充當(dāng)向心力，輪、軌之間無側(cè)壓力。速度過大，由外軌對外輪產(chǎn)生向內(nèi)的側(cè)壓力；速度過小，內(nèi)軌對內(nèi)輪產(chǎn)生向外的側(cè)壓力。故答案為A。答案：A6