新教材同步備課2024春高中物理第6章圓周運動4.生活中的圓周運動教師用書新人教版必修第二冊

4．生活中的圓周運動1．能定性分析鐵路彎道處外軌比內(nèi)軌高的原因。2．能定量分析汽車過拱形橋最高點和凹形橋最低點時對橋的壓力。3．了解航天器中的失重現(xiàn)象及其產(chǎn)生原因。4．知道離心運動及其產(chǎn)生的條件，了解離心運動的應用和防止?；疖囖D(zhuǎn)彎1．火車在彎道上的運動特點火車在彎道上運動時實際上在做圓周運動，因而具有向心加速度，由于其質(zhì)量巨大，需要很大的向心力。2．火車轉(zhuǎn)彎時向心力的來源分析(1)若鐵路彎道內(nèi)外軌一樣高，火車轉(zhuǎn)彎時，外側(cè)車輪的輪緣擠壓外軌，火車的向心力由外軌對車輪輪緣的彈力提供(如圖所示)，由于火車的質(zhì)量很大，轉(zhuǎn)彎所需的向心力很大，鐵軌和車輪極易受損。(2)若鐵路彎道外軌略高于內(nèi)軌，根據(jù)轉(zhuǎn)彎處軌道的半徑和規(guī)定的行駛速度，適當調(diào)整內(nèi)外軌的高度差，使轉(zhuǎn)彎時所需的向心力幾乎完全由重力mg和支持力FN的合力提供，從而減輕外軌與輪緣的擠壓。火車拐彎時運動軌跡為一段圓弧，火車在鐵軌上轉(zhuǎn)彎可以看成是勻速圓周運動，如圖所示，請思考下列問題：【問題】(1)火車轉(zhuǎn)彎處的鐵軌有什么特點？(2)火車按照規(guī)定速度轉(zhuǎn)彎時向心力來源？(3)火車轉(zhuǎn)彎時速度過大或過小，會對哪側(cè)軌道有側(cè)壓力？提示：(1)火車轉(zhuǎn)彎處，外軌高于內(nèi)軌。(2)重力G與支持力FN的合力F提供火車轉(zhuǎn)彎的向心力，如圖所示。(3)火車轉(zhuǎn)彎時速度過大會對軌道外側(cè)有壓力，速度過小會對軌道內(nèi)側(cè)有壓力。1．圓周平面的特點：彎道處外軌高于內(nèi)軌，但火車在行駛過程中，重心高度不變，即火車的重心軌跡在同一水平面內(nèi)，火車的向心加速度和向心力均沿水平面指向圓心。2．轉(zhuǎn)彎軌道受力與火車速度的關(guān)系(1)若火車轉(zhuǎn)彎時，火車所受支持力與重力的合力充當向心力，則mgtanθ＝mv02R，如圖所示，則v0＝gRtanθ，其中R為彎道半徑，θ為軌道平面與水平面的夾角(tanθ≈hL，h為外軌與內(nèi)軌的高度差，(2)若火車行駛速度v0＞gRtan(3)若火車行駛速度v0＜gRtan【典例1】有一列重為100t的火車，以72km/h的速率勻速通過一個內(nèi)外軌一樣高的彎道，軌道半徑為400m。(g取10m/s2)(1)試計算鐵軌受到的側(cè)壓力大?。?2)若要使火車以此速率通過彎道，且使鐵軌受到的側(cè)壓力為零，我們可以適當傾斜路基，試計算路基傾斜角度θ的正切值。[思路點撥]第(1)問中，外軌對輪緣的側(cè)壓力提供火車轉(zhuǎn)彎所需要的向心力。第(2)問中，重力和鐵軌對火車的支持力的合力提供火車轉(zhuǎn)彎的向心力。[解析](1)v＝72km/h＝20m/s，外軌對輪緣的側(cè)壓力提供火車轉(zhuǎn)彎所需要的向心力，所以有：FN＝mv2r＝105×202400由牛頓第三定律可知鐵軌受到的側(cè)壓力大小等于1×105N。(2)若火車過彎道時鐵軌受到的側(cè)壓力為零，則重力和鐵軌對火車的支持力的合力正好提供向心力，如圖所示，則mgtanθ＝mv由此可得tanθ＝v2rg＝[答案](1)1×105N(2)0.1[母題變式]上例中，要提高火車的速度為108km/h，則火車要想安全通過彎道需要如何改進鐵軌？提示：速率變?yōu)樵瓉淼?2倍，則由mgtanθ＝mv若只改變軌道半徑，則R′變?yōu)?00m，若只改變路基傾角，則tanθ′＝0.225?；疖囖D(zhuǎn)彎問題的兩點注意(1)合力的方向：火車轉(zhuǎn)彎時，火車所受合力沿水平方向指向圓心，而不是沿軌道斜面向下。(2)受力分析：火車轉(zhuǎn)彎速率大于或小于規(guī)定速率時，火車受到三個力的作用，即重力、軌道的支持力和外軌或內(nèi)軌對火車的側(cè)向擠壓力，側(cè)向擠壓力的方向沿軌道平面向里或向外，合力沿水平面指向圓心。[跟進訓練]1．(2022·廣東興寧一中期中)在修筑鐵路時，彎道處的外軌會略高于內(nèi)軌，當火車以規(guī)定的行駛速度轉(zhuǎn)彎時，內(nèi)、外軌均不會受到輪緣的側(cè)向擠壓。為了提高轉(zhuǎn)彎的規(guī)定速度，僅改變一個量，下列可行的措施是()A．減小火車質(zhì)量B．增大鐵軌與車輪間的摩擦C．減小轉(zhuǎn)彎半徑D．增大軌道傾角D[若火車拐彎時不側(cè)向擠壓車輪輪緣，靠重力和支持力的合力提供向心力，設轉(zhuǎn)彎處軌道的傾角為θ，根據(jù)牛頓第二定律得mgtanθ＝mv2R，解得v＝gRtanθ汽車過橋航天器中的失重現(xiàn)象1．汽車過橋項目汽車過拱形橋汽車過凹形橋受力分析向心力Fn＝mg－FN＝mvFn＝FN－mg＝mv對橋的壓力FN′＝mg－mvFN′＝mg＋mv結(jié)論汽車對橋的壓力小于汽車的重力，而且汽車速度越大，對橋的壓力越小汽車對橋的壓力大于汽車的重力，而且汽車速度越大，對橋的壓力越大2．航天器中的失重現(xiàn)象(1)向心力分析：航天員受到的地球引力與飛船座艙對他的支持力的合力為他提供向心力，即mg－FN＝mv2(2)失重狀態(tài)：當v＝gR時，座艙對航天員的支持力為零，航天員處于完全失重狀態(tài)。用兩根鐵絲彎成如圖所示的凹凸橋。把一個小球放在凹橋底部A，調(diào)節(jié)兩軌間的距離，使小球剛好不掉下去，但稍加一點壓力，小球就會撐開兩軌下落?！締栴}】(1)讓小球從斜軌滾下，當小球經(jīng)過凹橋底部時，你看到了什么？(2)把凹橋下的搭鉤扣上，并讓小球在拱橋頂端B靜止放置時，剛好能撐開兩軌下落。然后，讓小球再從斜軌滾下，當球經(jīng)過凸橋頂端時，你又看到了什么？(3)上述兩種現(xiàn)象說明什么？提示：(1)小球經(jīng)過凹橋底部時，從兩軌間掉了下來，對軌道的壓力大于小球的重力。(2)小球經(jīng)過拱橋頂端時，沒有掉下來，對軌道的壓力小于小球的重力。(3)小球在凹橋底部加速度方向向上，處于超重狀態(tài)；小球在凸橋頂端加速度方向向下，處于失重狀態(tài)。1．汽車過拱形橋汽車在拱形橋上運動，經(jīng)過最高點時，汽車的重力與橋?qū)ζ囍С至Φ暮狭μ峁┫蛐牧?。如圖甲所示。由牛頓第二定律得：G－FN＝mv2r，則FN＝G－m汽車對橋的壓力與橋?qū)ζ嚨闹С至κ且粚ο嗷プ饔昧?，即FN′＝FN＝G－mv2(1)當0≤v<gr時，0<FN≤G。(2)當v＝gr時，F(xiàn)N＝0。(3)當v>gr時，汽車做平拋運動飛離橋面，發(fā)生危險。2．汽車過凹形橋如圖乙所示，汽車經(jīng)過凹形橋面最低點時，受豎直向下的重力和豎直向上的支持力，兩個力的合力提供向心力，則FN－G＝mv2r，故FN＝G＋mv2r。由牛頓第三定律得：汽車對凹形橋面的壓力FN′＝G＋【典例2】(2022·長治市第二中學高一期中)有一輛質(zhì)量為600kg的小汽車駛上圓弧半徑為50m的拱橋。(g＝10m/s2)(1)汽車到達橋頂時速度為6m/s，汽車對橋的壓力是多大？(2)汽車以多大速度經(jīng)過橋頂時恰好對橋沒有壓力而騰空？(3)如果拱橋的半徑增大到與地球半徑R(R＝6400km)一樣，汽車要在橋面上騰空，速度要多大？[思路點撥]解答本題應明確以下兩點：(1)汽車過凸形橋最高點時的受力特點。(2)根據(jù)牛頓第二定律列方程求解。[解析](1)汽車到達橋頂時，由牛頓第二定律有G－FN＝mv則支持力大小為FN＝G－mv2r，代入數(shù)據(jù)求得FN根據(jù)牛頓第三定律得，汽車對橋頂?shù)膲毫Υ笮∫彩?568N。(2)根據(jù)題意，當汽車對橋頂沒有壓力時，即FN＝0則此時汽車對應的速度大小為v＝gr＝10×50m/s＝105(3)如果拱橋的半徑增大到與地球半徑R，設速度為v0時汽車在橋面上騰空，則有v0＝gR＝10×64×105m/s＝8×10[答案](1)5568N(2)105m/s(3)8.0km/s汽車過橋問題的解題步驟(1)選取研究對象，確定軌道平面、圓心位置和軌道半徑。(2)正確分析研究對象的受力情況，明確向心力是按作用效果命名的力，在受力分析時不能列出，明確向心力的來源。(3)根據(jù)平衡條件和牛頓運動定律列方程求解。[跟進訓練]2．(多選)2023年10月31日8時11分，神舟十六號載人飛船返回艙在東風著陸場成功著陸。航天員在太空中隨飛船一起做勻速圓周運動時，處于失重狀態(tài)，下列說法正確的是()A．航天員仍受重力的作用B．航天員受力不平衡C．航天員所受重力等于所需的向心力D．航天員不受重力的作用ABC[失重是指物體對支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦?小于物體所受重力的現(xiàn)象，太空中的航天員仍受重力的作用，且所受重力等于其做勻速圓周運動所需的向心力，故A、C正確，D錯誤；航天員隨飛船做勻速圓周運動，處于非平衡狀態(tài)，故B正確。]3．一汽車通過拱形橋頂點時速度為10m/s，車對橋頂?shù)膲毫檐囍氐?4，如果要使汽車在橋頂對橋面沒有壓力，車速至少為(A．15m/s B．20m/sC．25m/s D．30m/sB[由牛頓第三定律可知，橋頂對車的支持力FN＝34G，因為G－FN＝mv2r，所以14G＝mv2r，當FN＝0時，G＝mv'2r，所以v離心運動1．定義：物體沿切線方向飛出或做逐漸遠離圓心的運動。2．原因：向心力突然消失或合力不足以提供所需的向心力。3．離心運動的應用和防止(1)應用：洗衣機的脫水筒，離心制管技術(shù)，醫(yī)用離心分離機。(2)防止：汽車在公路轉(zhuǎn)彎處必須限速行駛，轉(zhuǎn)動的砂輪、飛輪的轉(zhuǎn)速不能太高。鏈球比賽中，高速旋轉(zhuǎn)的鏈球被放手后會飛出。汽車高速轉(zhuǎn)彎時，若摩擦力不足，汽車會滑出路面。【問題】(1)鏈球飛出、汽車滑出路面的原因是因為受到了離心力嗎？(2)物體做離心運動的條件是什么？(3)汽車水平轉(zhuǎn)彎時，速度大小受哪些因素的影響？提示：(1)鏈球飛出、汽車滑出路面的原因是物體慣性的表現(xiàn)，不是因為受到了離心力，離心力是不存在的。(2)物體做離心運動的條件是：做圓周運動的物體，提供向心力的外力突然消失或者外力不能提供足夠大的向心力。(3)由f＝mv21．離心運動的實質(zhì)離心現(xiàn)象的本質(zhì)是物體慣性的表現(xiàn)。做圓周運動的物體，由于慣性，總是有沿著圓周切線方向飛出去的傾向，之所以沒有飛出去，是因為受到向心力的作用。從某種意義上說，向心力的作用是不斷地把物體從圓周運動的切向方向拉回到圓周上來。2．離心運動的條件做圓周運動的物體，提供向心力的合外力突然消失或者合外力不能提供足夠大的向心力。3．離心運動、近心運動的判斷如圖所示，物體做圓周運動是離心運動還是近心運動，由實際提供的合力F與所需向心力(mv2(1)若F＝mrω2(或mv2r)即“提供”正好滿足“需要(2)若F＞mrω2(或mv2r)即“提供”大于“需要(3)若F＜mrω2(或mv2r)即“提供”【典例3】一質(zhì)量為2.0×103kg的汽車在水平公路上行駛，路面對輪胎的徑向最大靜摩擦力為1.4×104N，當汽車經(jīng)過半徑為80m的彎道時，下列判斷正確的是()A．汽車轉(zhuǎn)彎時所受的力有重力、彈力、摩擦力和向心力B．汽車轉(zhuǎn)彎的速度為20m/s時所需的向心力為1.4×104NC．汽車轉(zhuǎn)彎的速度為20m/s時汽車會發(fā)生側(cè)滑D．汽車能安全轉(zhuǎn)彎的向心加速度不超過7.0m/s2D[汽車轉(zhuǎn)彎時受到重力，地面的支持力以及地面對汽車的摩擦力，其中摩擦力充當向心力，A錯誤；當最大靜摩擦力充當向心力時，速度為臨界速度，大于這個速度則發(fā)生側(cè)滑，根據(jù)牛頓第二定律可得f＝mv2r，解得v＝frm＝1.4×104×802.0×103＝201.4m/s，所以汽車轉(zhuǎn)彎的速度為20m/s時，所需的向心力小于1.4×104N，汽車不會發(fā)生側(cè)滑，B、C錯誤；汽車能安全轉(zhuǎn)彎的最大向心加速度[跟進訓練]4．(多選)在地面上，將水和油混合后，靜置一段時間后水和油會出現(xiàn)分層現(xiàn)象，但在太空失重環(huán)境中，水和油始終呈現(xiàn)混合狀態(tài)。2022年3月23日的太空授課中，葉光富老師通過“甩”的方式讓封閉試管內(nèi)的水油混合物繞手做圓周運動，也實現(xiàn)了油水分離。封閉試管做圓周運動時給油水混合物提供了一種“模擬重力”的環(huán)境，“模擬重力”的方向沿試管遠離轉(zhuǎn)軸的方向，其大小與液體的質(zhì)量及其到轉(zhuǎn)軸距離成正比。當封閉試管由靜止開始繞手旋轉(zhuǎn)并不斷增大轉(zhuǎn)速的過程中，下列說法正確的是()A．水相對試管向內(nèi)側(cè)運動，油相對試管向外側(cè)運動B．水相對試管向外側(cè)運動，油相對試管向內(nèi)側(cè)運動C．轉(zhuǎn)動時“模擬重力”產(chǎn)生的“模擬重力加速度”沿半徑方向向外逐漸變大D．轉(zhuǎn)動時“模擬重力”產(chǎn)生的“模擬重力加速度”沿半徑方向各處大小相同BC[水的密度大于油的密度，則根據(jù)離心原理，水比油在相同的角速度和半徑下需要的向心力更大，因此產(chǎn)生離心現(xiàn)象，水相對試管向外側(cè)運動，油相對試管向內(nèi)側(cè)運動，故B正確，A錯誤；內(nèi)外層液體的角速度相同，根據(jù)a＝ω2r可知，轉(zhuǎn)動時“模擬重力”產(chǎn)生的“模擬重力加速度”沿半徑方向向外逐漸變大，故C正確，D錯誤。]1．如圖所示，在勻速轉(zhuǎn)動的洗衣機脫水筒內(nèi)壁上，有一件濕衣服隨圓筒一起轉(zhuǎn)動而未滑動，則()A．衣服隨脫水筒做圓周運動的向心力由衣服的重力提供B．水會從脫水筒甩出是因為水滴受到的向心力很大C．加快脫水筒轉(zhuǎn)動角速度，衣服對筒壁的壓力減小D．加快脫水筒轉(zhuǎn)動角速度，脫水效果會更好D[衣服受到豎直向下的重力、豎直向上的靜摩擦力、指向圓心的支持力，重力和靜摩擦力是一對平衡力，大小相等，故向心力是由支持力提供的，A錯誤；脫水筒轉(zhuǎn)動角速度增大以后，支持力增大，故衣服對筒壁的壓力也增大，C錯誤；水會被甩出是因為衣服對水滴的附著力不足以提供其做圓周運動的向心力，B錯誤；隨著脫水筒轉(zhuǎn)動角速度的增加，需要的向心力增加，當附著力不足以提供需要的向心力時，衣服上的水滴將做離心運動，故脫水筒轉(zhuǎn)動角速度越大，脫水效果會越好，D正確。]2．(2022·北京順義二中期中)在高速公路的拐彎處，通常路面外高內(nèi)低。如圖甲所示，在某路段汽車向右拐彎，司機左側(cè)的路面比右側(cè)的路面高一些，汽車的運動可看作是半徑為R的圓周運動。如圖乙所示，設內(nèi)外路面高度差為h，路基的水平寬度為d，路面的寬度為L，路面與水平面夾角為θ。已知重力加速度為g。要使車輪與路面之間的側(cè)向摩擦力(即垂直于前進方向)等于零，則汽車轉(zhuǎn)彎時的車速應等于()A．gRhL B．C．gRLh D．B[要使車輪與路面之間的側(cè)向摩擦力等于零，則汽車的重力與路面的支持力的合力提供向心力，有mgtanθ＝mv2R，由幾何關(guān)系知tanθ＝hd，解得汽車轉(zhuǎn)彎時的車速為v＝gRhd3．(2022·山東菏澤鄆城一中階段檢測)戰(zhàn)斗機俯沖時，在最低點附近做半徑為250m的圓周運動。在最低點時飛行員所受支持力為自身重力的5倍，已知重力加速度g＝10m/s2，飛機在最低點的速度為()A．505m/s B．100m/sC．1002m/s D．60m/sB[在飛機經(jīng)過最低點時，對飛行員進行受力分析，在豎直方向上由牛頓第二定律有FN－mg＝mv2R，其中FN＝5mg，解得v＝100m/s，選B4．城市中為了解決交通問題，修建了許多立交橋。如圖所示，橋面是半徑為R的圓弧形的立交橋AB橫跨在水平路面上，一輛質(zhì)量為m的小汽車，在A端沖上該立交橋，小汽車到達橋頂時的速度大小為v1，若小汽車在上橋過程中保持速率不變，則()A．小汽車通過橋頂時處于失重狀態(tài)B．小汽車通過橋頂時處于超重狀態(tài)C．小汽車在上橋過程中受到橋面的支持力大小為FN＝mgD．小汽車到達橋頂時的速度必須大于gRA[由圓周運動知識知，小汽車通過橋頂時，其加速度方向向下，由牛頓第二定律得mg－FN＝mv12R，解得FN＝mg-mv12R＜mg，故其處于失重狀態(tài)，A正確，B錯誤；FN＝mg–mv12R只在小汽車通過橋頂時成立，而其上橋過程中的受力情況較為復雜，C錯誤；由mg－FN回歸本節(jié)知識，自我完成以下問題：1．對火車轉(zhuǎn)彎要做哪些安全限制？提示：速度、載重。2．汽車過拱形橋的向心力來源是什么？提示：重力和支持力的合力。3．航天員在太空中處于什么狀態(tài)？提示：完全失重狀態(tài)。4．發(fā)生離心現(xiàn)象的原因是什么？提示：向心力突然消失或物體所受合外力不足以提供所需的向心力。航天員的太空生活由于人在太空中處于完全失重狀態(tài)，生活環(huán)境與地球表面的生活環(huán)境迥然不同，因此，在太空中的衣、食、住、行也與地面不同，會帶來許多驚險和奇趣。一、住——密封座艙密封座艙是載人航天器上最基本的也是最根本的生命設施。太空中的強輻射就像原子彈爆炸時所產(chǎn)生的輻射一樣，會破壞人體的細胞組織；高速飛行的微流星體撞擊，能置人于死地；人體暴露在高度真空中，不僅僅是缺氧窒息的問題，還可能導致體液沸騰而迅速死亡。密封座艙的艙壁，可以防止輻射和微流星體對人的傷害，座艙中的空氣可以使人不受真空的傷害。二、吃——太空食品在航天器的密封座艙中進食既有樂趣，又有危險?？砂咽澄锖惋嬃蠎以诳罩?，用嘴一口一口咬或吸食，而雙手仍然可以做其他事情。但食物碎渣會到處飄飛，易迷眼鉆鼻，還會損壞儀器設備。因此，在早期的航天活動中，會將食物做成糊狀，裝在軟管中，食用時，像擠牙膏一樣往嘴里擠?，F(xiàn)在的太空食品和進食方法已與地面上差不多了。食物稍帶黏性就可以黏在盤子中不飛走，而盤子可以固定在餐桌上。三、睡——睡袋在航天器的密封座艙中睡覺特別方便，不管什么姿勢，不管什么地方，都可以睡。但是，為了安全，應該鉆進睡袋中，并將睡袋固定住，不然，睡袋到處飄飛，最后每個人都會擠到通風口，而當航天器加速或減速時，可能會被艙壁和儀器設備碰傷。除此之外還要帶上眼罩和耳罩，以免快速交替的日夜節(jié)奏和儀器設備發(fā)出的聲音影響睡眠。睡覺時手臂要放進睡袋中，以免被卷進機器或碰著儀器設備的開關(guān)。四、衣——艙外活動航天服艙外活動航天服不僅要具備密封座艙的全部功能，而且還要增加太空行走和通信設備，那就是航天服背部的噴氣背包和通信背包。噴氣背包可以向上、下、左、右、前、后六個方向噴氣，航天員靠噴氣的反作用力移動。在太空中，真空條件下不能傳播聲音，近在咫尺也要靠通信背包通信。五、行在航天器的密封座艙中行走非常省力和方便，只要碰一下任何物體，反作用力就可把人推到任意位置上。用四肢劃動空氣，產(chǎn)生的反作用力也會使人前進。(1)太空中航天員是否受重力作用？(2)站在太空艙內(nèi)的航天員對接觸面的壓力是多大？提示：(1)受重力。(2)壓力為零。課時分層作業(yè)(七)生活中的圓周運動◎題組一火車轉(zhuǎn)彎1．火車在某個彎道按規(guī)定運行速度40m/s轉(zhuǎn)彎時，內(nèi)、外軌對車輪皆無側(cè)壓力。若火車在該彎道實際運行速度為30m/s，則下列說法正確的是()A．僅內(nèi)軌對車輪有側(cè)壓力B．僅外軌對車輪有側(cè)壓力C．內(nèi)、外軌對車輪都有側(cè)壓力D．內(nèi)、外軌對車輪均無側(cè)壓力A[火車在彎道按規(guī)定運行速度轉(zhuǎn)彎時，重力和支持力的合力提供向心力，內(nèi)、外軌對車輪均無側(cè)壓力。若火車的運行速度小于規(guī)定運行速度時，重力和支持力的合力大于火車需要的向心力，火車有做近心運動的趨勢，內(nèi)軌對車輪產(chǎn)生側(cè)壓力，重力、支持力和內(nèi)軌的側(cè)壓力的合力提供火車做圓周運動的向心力，故A項正確。]2．汽車在水平路面上轉(zhuǎn)彎，地面的摩擦力已達到最大，當汽車的速率增大為原來的2倍時，為了保證行車安全，汽車轉(zhuǎn)彎的軌道半徑必須()A．至少增大到原來的4倍B．至少增大到原來的2倍C．至少增大到原來的2倍D．減小到原來的1A[汽車在水平路面上轉(zhuǎn)彎時，地面對汽車的摩擦力提供汽車轉(zhuǎn)彎時所需的向心力，根據(jù)牛頓第二定律可得fm＝mv2R，當汽車轉(zhuǎn)彎時的速率增大為原來的2倍時，要保證行車安全，則汽車轉(zhuǎn)彎的軌道半徑應至少增大為原來的4倍，汽車才不會側(cè)滑，A3．(2022·廣東廣州期中)擺式列車是集電腦、自動控制等高新技術(shù)于一體的新型高速列車。當列車轉(zhuǎn)彎時，在電腦控制下，車廂會自動傾斜；行走在直線上時，車廂又恢復原狀，就像玩具“不倒翁”一樣。假設有一超高速擺式列車在水平面內(nèi)行駛，以360km/h的速度轉(zhuǎn)彎，轉(zhuǎn)彎半徑為1km，則質(zhì)量為55kg的乘客，在轉(zhuǎn)彎過程中所受到的列車給他的作用力為(重力加速度g取10m/s2)()A．550N B．1100NC．0 D．5502ND[v＝360km/h＝100m/s，向心力Fn＝mv2r＝55×10021000N＝550N，則乘客在轉(zhuǎn)彎過程中所受到的列車給他的作用力為F＝Fn2+mg2◎題組二汽車過拱形橋航天器中的失重現(xiàn)象4．在航天器中工作的航天員可以自由懸浮在空中，處于失重狀態(tài)，下列分析正確的是()A．失重就是航天員不受力的作用B．失重的原因是航天器離地球太遠，從而擺脫了地球引力的束縛C．失重是航天器獨有的現(xiàn)象，在地球上不可能存在失重現(xiàn)象D．正是由于引力的存在，才使航天員有可能做環(huán)繞地球的圓周運動D[航天器和航天員在太空中受到的引力提供向心力，使航天器和航天員做環(huán)繞地球的圓周運動，故A錯誤，D正確；失重時航天員仍然受到地球引力作用，故B錯誤；失重是普遍現(xiàn)象，任何物體只要對支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦?小于物體所受的重力，均處于失重狀態(tài)，故C錯誤。]5．(2022·湖北武漢期中)如圖所示，汽車在炎熱的夏天沿不規(guī)整的曲面行駛，其中最容易發(fā)生爆胎的點是(汽車運動速率不變)()A．a(chǎn)點 B．b點C．c點 D．d點D[由牛頓第二定律及向心力公式可知，汽車在a、c兩點，有FN＝G－mv2r＜G，即汽車在a、c兩點不容易發(fā)生爆胎；同理可知，汽車在b、d兩點，有FN＝G＋mv2r>G，即汽車在b、d兩點容易發(fā)生爆胎，又由題圖知b點所在曲線半徑大，即rb＞rd，又汽車在b、d兩點的速率相等，故FNb<FNd，所以在d點車胎受到的壓力最大，即汽車在d6．游客乘坐過山車，在圓弧軌道最低點處獲得的向心加速度達到20m/s2，g取10m/s2，那么此位置座椅對游客的作用力相當于游客重力的()A．1倍 B．2倍C．3倍 D．4倍C[游客乘坐過山車在圓弧軌道最低點的受力分析如圖所示，由牛頓第二定律得N－mg＝ma，則N＝mg＋ma＝3mg，即Nmg＝3。故選C。]◎題組三離心現(xiàn)象7．(2022·浙江“5＋1”聯(lián)盟期中)如圖所示是賽車比賽中的某一彎道，甲、乙、丙三條虛線為賽車過此彎道的三種賽車行駛線路，關(guān)于賽車過此彎道的說法正確的是()A．三種賽車行駛線路過彎時的位移相同B．為獲得更大的過彎速度，應選擇乙賽車線路C．賽車手過彎時有被向外甩的趨勢，故賽車手過彎時受到的合力指向彎道外側(cè)D．因賽車過彎時的最大摩擦力相同，故三條賽車線路的最大向心加速度相同B[由圖可以看出三種賽車行駛線路過彎時的位移不同，故A錯誤；由題圖可知乙賽車線路的半徑最大，根據(jù)Fn＝mv2r易知，為獲得更大的過彎速度，應選擇乙賽車線路，故B正確；賽車手過彎時做圓周運動，故賽車手過彎時受到的合力指向彎道內(nèi)側(cè)，故C錯誤；因賽車過彎時的最大摩擦力大小相同，故三條賽車線路的最大向心加速度大小相等，方向始終指向線路的圓心，即方向不同，故D8．如圖所示，餐桌上的水平玻璃轉(zhuǎn)盤勻速轉(zhuǎn)動時，其上的物品相對于轉(zhuǎn)盤靜止，則以下說法正確的是()A．越靠近圓心的物品線速度越大B．越靠近圓心的物品加速度越小C．越靠近圓心的物品角速度越小D．越靠近圓心的物品摩擦力越小B[玻璃轉(zhuǎn)盤與物品相當于同軸轉(zhuǎn)動，即角速度相等，由關(guān)系式v＝ωR可知，當角速度相同時，線速度與半徑成正比，故A、C錯誤；由關(guān)系式a＝ω2R可知，當角速度相同時，加速度與半徑成正比，故B正確；由f＝mω2R可知，當角速度相同時，靜摩擦力的大小與物品的質(zhì)量以及半徑有關(guān)，故D錯誤。]9．如圖甲所示，質(zhì)量為m(包含雪板)的運動員在安全速降過程獲得的最大速度為v，為了順利通過水平面上半徑為R的旗門彎道，運動員利用身體傾斜將雪板插入雪中。如圖乙所示，雪板A底面與水平面夾角為θ、受支持力大小為F，雪板A兩側(cè)面不受力，回轉(zhuǎn)半徑R遠大于運動員B的身高，重力加速度大小為g，不計空氣與摩擦阻力影響，下列說法正確的是()A．F＝mgsinθ B．FC．v＝gRsinθ D．vB[運動員所受支持力的豎直分力等于重力，即Fcosθ＝mg，得F＝mgcosθ，A錯誤，B正確；支持力的水平分力提供圓周運動的向心力，即Fsinθ＝mv2R，得v＝gRtanθ10．一個質(zhì)量為m的物體(體積可忽略)，在半徑為R的光滑半球頂點處以水平速度v0運動，如圖所示，重力加速度為g，則下列說法正確的是()A．若v0＝gR，則物體對半球頂點無壓力