《高中物理全程学习方略配套课件：2.3圆周运动的案例分析（沪科版必修2）.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高中物理全程学习方略配套课件：2.3圆周运动的案例分析（沪科版必修2）.ppt（86页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、,1.（2010寿光高一检测）如图所示，飞机在飞行时，空气对飞机产生了一个向上的升力，如果飞机在一个半径为R的水平面内的轨道上匀速飞行，下列说法正确的是（ ）,A.飞机的重力与升力合力为零 B.飞机受到重力、升力、牵引力和空气阻力作用，其合力为零 C.飞机受到重力、升力、牵引力、空气阻力和向心力作用 D.飞机所受空气的升力沿斜向上方且偏向圆心一侧,【解析】选D.飞机在竖直方向上受力平衡，水平方向上需要向心力，因此升力的竖直分力大小等于重力，水平分力提供向心力，即合力不能为零，故A、B、C错，D正确.,2.如图所示，一汽车以一定的速度通 过凸形桥的最高点，下列说法正确的 是（ ） A.汽车对桥的
2、压力大于汽车的重力 B.汽车对桥的压力小于汽车的重力 C.汽车的速度越大，对桥的压力越小 D.汽车的速度越大，对桥的压力越大,【解析】选B、C.此时小车在竖直方向上受重力和 支持力作用，由牛顿第二定律可得mg-N= N=mg- 由牛顿第三定律支持力与压力等大，故 压力小于重力，A错误，B正确；速度越大，压力越小，D错误，C正确.,3.溜冰时,冰面对溜冰运动员的最大静摩擦力为运动员体重的k倍,运动员在冰面上做半径为R的匀速圆周运动,其安全速度为（ ） A. B.v C.v D.v,【解析】选B.人沿圆弧溜冰时,受三个力作用,重力、 支持力、静摩擦力,重力与支持力相平衡,静摩擦力提 供人做匀速圆周
3、运动的向心力,由 知,当R一定时,v越大,F越大,而静摩擦力提供向心力时,这个力不 会无限增大,其最大值为最大静摩擦力,最大向心力对 应的线速度就是安全速度临界值，因为kmg= 所以vm= 故v 选B.,4.质量为25 kg的小孩坐在秋千板上，秋千板离拴绳的横梁2.5 m.如果秋千板摆动经过最低点的速度为3 m/s，这时秋千板所受的压力是多大？（取g=10 m/s2） 【解析】在最低点对小孩由牛顿第二定律得： FN-mg= 解得FN=mg+ =（2510+25 ）N 340 N，根据牛顿第三定律，这时秋千板所受的压力是340 N. 答案：340 N,【典例1】（2010广州高一检测）长为L的轻
4、绳，其一端固定于O点，另一端连有质量为m的小球，它绕O点在竖直平面内做圆周运动.求： （1）小球刚好到达最高点时的速度； （2）小球到达最高点速度为 时绳受到的拉力.,【思路点拨】本题可按如下思路分析：,【自主解答】（1）小球刚好到达最高点的临界条件 是绳的拉力为0，只有重力提供向心力，在最高点由 牛顿第二定律得： 解得 （2）小球在最高点受重力和绳的拉力作用，其合力 提供向心力，由牛顿第二定律得F+mg= 解得F=3mg，由牛顿第三定律得绳受到的拉力F=F=3mg. 答案：（1） （2）3mg,【互动探究】若轻绳换为轻杆，小球在最高点时，求： （1）当 时，小球受杆的作用力大小和方向； （2
5、）当 时，小球受杆的作用力大小和方向.,【解析】（1）小球在最高点受力如图所示， 由牛顿第二定律得mg-N1= 解得N1= mg, 方向竖直向上. （2）对小球由牛顿第二定律得mg-N2= 解得N2=-mg,负号说明N2与规定方向相反，故小球受到杆的作用力N2=mg,方向竖直向下. 答案：（1） mg 方向竖直向上 （2）mg 方向竖直向下,【典例2】（2010秦皇岛高一检测）火车以半径 r=900 m转弯，火车质量为8105 kg，轨道宽为 l=1.4 m，外轨比内轨高h=14 cm,为了使铁轨不受轮 缘的挤压，火车的速度应为多大？（g取10 m/s2）,【思路点拨】解答本题应该把握以下三点
6、：,【标准解答】若火车在转弯时不受 挤压，即由重力和支持力的合力提 供向心力，火车转弯平面是水平 面.火车受力如图所示， 由牛顿第二定律得：F=mgtan= 由于很小，可以近似认为tan=sin= 解式得：v=30 m/s,【变式训练】铁路在弯道处的 内外轨道高低是不同的，已知 内外轨道对水平面倾角为（如 图），弯道处的圆弧半径为R，若质量为m的火车转弯 时速度小于 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mg/cos D.这时铁轨对火车的支持力小于mg/cos,【解析】选A、D.若火车以规定 速度v0行驶，则火车的向心力等 于它所受
7、到的重力mg与支持力 N的合力，即mgtan= 所以v0= 若车速小于v0， 则内轨对内侧轮产生侧压力F，如图所示. 此时Fsin+Ncos=mg,即Ncosmg 所以Nmg/cos，综上所述，A、D选项正确.,【典例3】如图所示摩托车与人的总质 量为M，在一水平面上向前运动.若摩 托车以速度v转过半径为R的弯道，求： （1）摩托车所受的摩擦力为多大？ （2）如果摩托车对地面的最大静摩擦力为fmax,当转弯半径不变时，最大转弯速率vmax为多少？,【思路点拨】解答本题可按以下思路进行分析,【标准解答】（1）把摩托车与人看成一 个整体，其受力情况如图所示：重力Mg、 支持力N以及静摩擦力f，很明
8、显摩托车在 转弯时，所需要的向心力由摩托车所受的 静摩擦力来提供，根据牛顿第二定律可得 （2）由题意当f=fmax时，R不变，有最大静摩擦力 得vmax= 答案：（1） （2）,1.（2010安庆高一检测）火车在某个弯道按规定运行速度40 m/s转弯时，内、外轨对车轮皆无侧压力，若火车在该弯道实际运行速度为30 m/s，则下列说法中正确的是（ ） A.仅内轨对车轮有侧压力 B.仅外轨对车轮有侧压力 C.内、外轨对车轮都有侧压力 D.内、外轨对车轮均无侧压力,【解析】选A.火车在弯道按规定运行速度转弯时，重力和支持力的合力提供向心力，内、外轨对车轮皆无侧压力.若火车的运行速度小于规定运行速度时，
9、重力和支持力的合力大于火车需要的向心力，火车将做近心运动，内轨对车轮产生侧压力，重力、支持力和内轨的侧压力的合力提供火车做圆周运动的向心力，故A项正确.,2.（2010潮州高一检测）宇航员在围绕地球做匀速圆周运动的空间站中处于完全失重状态，下列说法正确的是（ ） A.宇航员仍受重力的作用 B.宇航员受力平衡 C.宇航员所受重力等于所需的向心力 D.宇航员不受重力的作用,【解析】选A、C.做匀速圆周运动的空间站中的宇航员，所受重力全部提供其做圆周运动的向心力，处于完全失重状态，并非宇航员不受重力作用，A、C正确，B、D错误.,3.（2010淮安高一检测）一个物 体从内壁粗糙的半球形碗边下滑， 在
10、下滑的过程中由于受摩擦力的作 用，物体的速率恰好保持不变，如图所示，下列说法正确的是（ ） A.物体所受的合外力为零 B.物体所受的合外力越来越大 C.物体所受的合外力大小不变，方向时刻在改变 D.物体所受的向心力等于零,【解析】选C.物体在半球形碗内下滑，速率保持不变，做匀速圆周运动，物体所受重力、支持力和摩擦力的合力提供向心力.向心力的大小保持不变，方向沿圆周半径指向圆心，时刻改变，故C正确.A、B、D错误.,4.（2010德州高一检测）一辆卡 车在丘陵地匀速行驶，地形如图所 示，由于轮胎太旧，途中爆胎，爆 胎可能性最大的地段应是（ ） A.a处 B.b处 C.c处 D.d处,【解析】选D
11、.卡车在a、c处行驶，向心加速度向下， 处于失重状态，爆胎可能性较小,A、C错误；卡车在 b、d处行驶，向心加速度向上，处于超重状态.又因 为N-mg= N=mg+ 由图知rbrd,所以NbNd，因此在d处爆胎可能性最大，B错,D对.,5.（2010兰州高一检测）如图所示，有一绳长为l,上端固定在滚轮A的轴上，下端挂一质量为m的物体.现滚轮和物体一起以速度v匀速向右运动，当滚轮碰到固定的挡板B突然停止的瞬间，绳子拉力大小为多少？,【解析】当滚轮碰到固定挡板突然停止 时，物体m的速度仍为v,绳子对物体的拉 力产生突变，与重力的合力提供向心力， 由牛顿第二定律得： F-mg= 解得:F= +mg
12、即绳子拉力瞬间变为 +mg 答案： +mg,1.（4分）关于铁道转弯处内外铁轨间的高度关系，下列说法中正确的是（ ） A.内、外轨一样高，以防列车倾倒造成翻车事故 B.因为列车在转弯处有向内倾倒的可能，故一般使内轨高于外轨，以防列车翻倒 C.外轨比内轨略高，这样可以使列车顺利转弯，减少车轮与铁轨的挤压 D.以上说法均不正确,【解析】选C.铁道转弯处外轨比内轨略高，从而使支持力的水平方向分力可提供一部分向心力，以减少车轮与铁轨的挤压避免事故发生，C对，A、B、D错.,2.（4分）汽车甲和汽车乙质量相等，以相等的速率沿同一水平弯道做匀速圆周运动，甲车在乙车的外侧.两车沿半径方向受到的摩擦力分别为f
13、甲和f乙.以下说法正确的是（ ） A.f甲小于f乙 B.f甲等于f乙 C.f甲大于f乙 D.f甲和f乙大小均与汽车速率无关,【解析】选A.汽车在水平面内做匀速圆周运动，摩擦 力提供做圆周运动的向心力，即f=F向= 由于 r甲r乙，则f甲f乙，A选项正确.,3.（4分）如图所示，汽车车厢顶部 悬挂一轻质弹簧，弹簧下端挂一个 质量为m的小球.当汽车在水平面上 匀速行驶时弹簧长度为l1，当汽车以同一速度通过一个桥面为弧形的凸形桥的最高点时弹簧长度为l2，下列判断正确的是（ ） A.l1=l2 B.l1l2 C.l1l2 D.以上三种情况均有可能,【解析】选B.设弹簧的原长为l0，汽车在水平面上行 驶
14、时，由平衡条件得k（l1-l0）=mg 汽车过凸形桥顶时对小球由牛顿第二定律得 mg-k（l2-l0）= 由式得l1l2,B正确.,4.（2010扬州高一检测）（4分）一轻绳一端固定一个质量为M的小球，以另一端O为圆心，使小球在竖直面内做半径为R的圆周运动，以下说法正确的是（ ） A.小球过最高点时，绳所受的弹力可以等于零 B.小球过最高点时的最小速率为 C.小球过最高点时的速率可小于 D.小球过最高点时，绳所受的弹力一定大于零,【解析】选A、B.小球刚好到达最高点的条件是绳的 弹力为零，重力提供向心力，有mg= 解得v= 即 是小球能够过最高点的最小速率，当v 时， 绳的弹力大于零，故A、B
15、正确，C、D错误.,5.（2010厦门高一检测）（8分）质量为m的物体沿着半径为R的半球形金属内壁下滑至最低点时的速度为v.若物体与球壳之间的动摩擦因数为，那么物体在最低点时，受到的摩擦力是多大？,【解析】物体做圆周运动至最低点时有： N-mg= 则滑动摩擦力f=N=m（g+ ） 答案：m（g+ ）,6.（4分）汽车过拱形桥顶点的速度为10 m/s时，车 对桥的压力为车重的 如果使汽车行驶至桥顶时对桥的压力恰为零，则汽车的速度为（ ） A.15 m/s B.20 m/s C.25 m/s D.30 m/s,【解析】选B.由题意知mg-N1= 其中N1= mg, v1=10 m/s.当汽车对桥顶
16、压力为零时，mg= 比较以上两式得v2=20 m/s.故B正确.,7.（新题快递）（10分）一辆载重汽车的质量为4m，通过半径为R的拱形桥，若桥顶能承受的最大压力为F=3mg,为了安全行驶，汽车应以多大速度通过桥顶？,【解析】如图所示，由牛顿第 二定律得4mg-N= 所以N=4mg- 为了保证汽车不压坏桥顶，同时又不飞离桥面，根据牛顿第三定律，支持力的取值范围为 0N3mg 将代入，解得 v 答案： v,8.（12分）用长L=0.6 m的绳系着 装有m=0.5 kg水的小桶,在竖直平 面内做圆周运动,成为“水流星”. g=10 m/s2.求: （1）最高点水不流出的最小速度 为多少? （2）若
17、过最高点时速度为3 m/s,此时水对桶底的压力多大?,【解析】（1）水做圆周运动,在最高点水不流出的条件是:水的重力不大于水所需要的向心力.这是最小速度即是过最高点的临界速度v0. 以水为研究对象mg= 解得,（2）由前面v0的解答知v=3 m/sv0,故重力不足以提供向心力,要由桶底对水向下的压力补充,此时所需向心力由以上两力的合力提供. v=3 m/sv0,水不会流出.设桶底对水的压力为F,则由 牛顿第二定律有:mg+F= 解得F= -mg=0.5（ -10） N=2.5 N 根据牛顿第三定律F=-F 所以水对桶底的压力F=2.5 N,方向竖直向上. 答案：（1）2.45 m/s （2）2
18、.5 N 方向竖直向上,1.如图所示，U形管内盛有液体，两臂垂 直于地面，若U形管绕左臂的轴线转动， 则左右两臂液面高度相比较有（ ） A.右臂液面高 B.左臂液面高 C.两臂液面相平 D.以上情况都有可能,【解析】选A.由于水平管内的液柱做匀速圆周运动的向心力来自于左、右两管的压力差，故右管内的液面应比左管内的液面高.,2.如图所示,在高速公路的拐弯处, 路面筑得外高内低,即当车向左拐弯 时,司机右侧的路面比左侧的要高一些,路面与水平面间的夹角为.设拐弯路段是半径为R的圆弧,要使车速为v时车轮与路面之间的横向（即垂直于前进方向）摩擦力等于0,应等于（ ） A.arcsin B.arctan
19、C. arcsin D.arccot,【解析】选B.没有横向摩擦力即车速是v时车所需的 向心力由重力和支持力的合力提供.有mgtan= =arctan 故B正确.,3.同一辆汽车以同样大小的速度先后开上平直的桥和凸形桥，在桥的中央处有（ ） A.车对两种桥面的压力一样大 B.车对平直桥面的压力大 C.车对凸形桥面的压力大 D.无法判断,【解析】选B.在平直桥上匀速行驶时，压力大小等 于重力大小，在凸形桥上行驶时，mg-FN= FN=mg- 即车对凸形桥的压力小于重力，所以B 正确.,4.质量为m的小球，用一条绳子系着在竖直平面内做 圆周运动，小球到达最高点时的速度为v，到达最低 点时的速度变为
20、 则两位置处绳子所受的张力之差是（ ） A.6 mg B.5 mg C.4 mg D.2 mg,【解析】选A.由牛顿第二定律得，在最高点mg+F1= 在最低点F2-mg= 解得F2-F1=6 mg,故A正确.,5.如图所示,有一质量为M的大圆环, 半径为R,被一轻杆固定后悬挂在O点, 有两个质量为m的小环（可视为质 点）,同时从大环两侧的对称位置由 静止滑下.两小环同时滑到大环底部 时,速度都为v,则此时大环对轻杆的拉力大小为（ ） A.（2m+2M）g B.Mg-2m C.2m（g+ ）+Mg D.2m（ -g）+Mg,【解析】选C.对小环在最低点时,有N-mg=m 对大环 有F=2N+Mg
21、,解上述方程得F=2m（g+ ）+Mg,故选C.,6.长L=0.4 m，质量可以忽略的细杆，其下端固定于O点，上端连接着一个质量m=2 kg的小球A,A可绕O点在竖直面内做自由转动，如图所示，在小球A通过最高点时： （1）若杆恰好不受力，求小球在最高点的速度. （2）若杆的弹力为16 N，求小球在最高点的速度 （g取10 m/s2）.,【解析】（1）当小球的重力提供向心力时，杆恰好 不受力，则mg=mv2/R= 代入数据得v= =2 m/s. （2）杆的弹力Nmg,故小球的速度可能出现两种情形： 情形1：杆对小球的弹力竖直向上，设此时速度为v1, 则mg-N=mv12/L,即 代入数据得 v1= m/s.,情形2：杆对小球的弹力竖直向下，设此时小球的速度 为v2，则mg+N=mv22/L,即 代入数据得 v2= m/s. 答案:（1）2 m/s （2） m/s或 m/s,本部分内容讲解结束,