《创新课堂》第六章 圆周运动 4.生活中的圆周运动 高中物理必修第二册（人教版）同步讲练测（教师版+学生版）

4.生活中的圆周运动 1.会分析火车转弯、汽车过拱形桥等实际运动问题中向心力的来源。 2.根据所学知识分析生活中的各种圆周运动现象，体会模型建构的方法。 3.了解航天器中的失重现象及其原因。 4.了解离心运动及物体做离心运动的条件，知道离心运动的应用及危害。 知识点一　火车转弯 情境：如图所示，火车正在经过一段弯道，火车在弯道上的运动可看作是匀速圆周运动。 问题：（1）如果内外轨一样高，火车转弯时受到哪些力的作用？需要的向心力主要由哪个力来提供？ （2）靠（1）中所述这种方式使火车转弯有哪些危害？ 提示：（1）火车转弯时受重力、支持力、牵引力、摩擦力和外轨对火车的弹力作用；外轨对火车的弹力提供火车转弯所需的向心力。 （2）对确定的弯道，火车转弯时速度越大，需要的向心力就越大，轮缘与外轨间的相互作用力越大，容易造成对外轨的损坏，甚至造成火车脱轨。 1.运动特点：火车转弯时实际是在做　圆周　运动，因而具有向心加速度。 2.向心力来源 （1）弯道的内外轨一样高：由　外轨　对轮缘的弹力提供向心力，如图甲所示，这样铁轨和车轮极易受损，还可能使火车侧翻。 （2）弯道的外轨略高于内轨：在修筑铁路时，要根据弯道的半径和规定的行驶速度，适当选择内外轨的高度差，使转弯时所需的向心力几乎完全由　重力G　和　支持力FN　的合力提供，如图乙所示。 3.铁路弯道的特点 （1）转弯处　外轨　略高于　内轨　。 （2）铁轨对火车的支持力不是竖直的，而是斜向弯道　内侧　。 （3）铁轨对火车的支持力与火车所受重力的合力指向弯道的　圆心　，它提供了火车以规定速度行驶时的　向心力　。 【易错辨析】 　（1）火车转弯可以简化为水平面上的圆周运动。（　√　） （2）火车转弯处的轨道内轨要高于外轨。（　×　） （3）火车转弯时所需的向心力是车轨与车轮间的挤压力提供的。（　×　） 1.火车转弯问题 （1）火车过弯道的临界速度推导： 若火车按规定的速度v0行驶，转弯所需的向心力完全由重力和支持力的合力提供即mgtan θ＝m 则v0＝，其中R为弯道半径，θ为轨道平面与水平面间的夹角。 （2）轨道压力与火车速度的关系： ①当火车行驶速度v等于转弯规定速度v0时，所需向心力仅由重力和支持力的合力提供，此时火车对内、外轨道无挤压作用。 ②当火车行驶速度v＞v0时，外轨道对轮缘有侧向压力。 ③当火车行驶速度v＜v0时，内轨道对轮缘有侧向压力。 2.汽车转弯问题 （1）水平弯道：由静摩擦力提供向心力 汽车速度最大时，μmg＝m 可得vm＝。 （2）增大汽车安全转弯速度的有效方法 ①增大转弯半径。 ②把转弯处设计成外高内低路面（类似火车转弯）。 【例1】　（火车转弯问题的理解）（2025·四川省绵阳市高一阶段练习）铁路在弯道处的内外轨高低是不同的。如图所示，已知轨道平面的倾角为θ，弯道处的轨道圆弧半径为R，火车以轨道的设计速度行驶时，车轮轮缘与内外轨恰好没有挤压。质量为m的火车转弯时，下列说法正确的是（　B　） A.火车受到重力、铁轨对火车的作用力、向心力 B.轨道的设计速度为v＝ C.轨道的设计速度为v＝ D.火车实际速度大于设计速度时，内轨与轮缘之间有挤压 解析：火车受到重力、铁轨对火车的支持力，两个力的合力充当火车做圆周运动的向心力，选项A错误；根据mgtan θ＝m，可知，轨道的设计速度为v＝，选项B正确，C错误；火车实际速度大于设计速度时，重力与铁轨对火车的支持力的合力不足以提供火车做圆周运动的向心力，此时火车有做离心运动的趋势，则外轨与轮缘之间有挤压，选项D错误。 【例2】　（汽车过弯道问题）（2025·浙江义乌高二上期中）为了使汽车快速安全通过弯道，高速公路转弯处的路面通常设计成外侧高、内侧低。已知某高速公路转弯处是一圆弧，圆弧半径r＝85 ... ...