6.4 生活中的圆周运动（解析版）-2021-2022学年高一物理同步考点专题训练（人教版2019）

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6.4　生活中的圆周运动

【学习目标】

（1）知道什么是向心力，理解它是一种效果力。

（2）理解向心力公式的确切含义，并能用来进行简单的计算。

（3）知道变速圆周运动中向心力是合外力的一个分力，知道合外力的作用效果。

【学习重难点】

明确向心力的意义、作用、公式及其变形。

一、

1．火车在弯道上的运动特点

（1）火车在弯道上运动时做圆周运动，因而具有向心加速度，由于其质量

巨大，需要很大的向心力。

（2）火车转弯处的铁轨，虽然外轨高于内轨，但整个外轨是等高的，整个内轨是等高的。因而火车在行

驶的过程中，中心的高度不变，即火车中心的轨迹在同一水平面内。故火车的圆周平面是水平面，而不是

斜面。即火车的向心加速度和向心力均沿水平面指向圆心。

2．向心力来源

(1)若转弯时内外轨一样高，则由外轨对轮缘的弹力提供向心力，这样铁轨和车轮极易受损。

(2)若内外轨有高度差，依据规定的行驶速度行驶，转弯时向心力几乎完全由重力和支持力的合力提供。

拱形桥

（3）受力特点：在实际的火车转弯处，外轨高于内轨，火车所受支持力的方向斜向上，其竖直分力可以

与重力平衡，其水平分力可以提供向心力，或者说火车所受支持力与重力的合力可以提供向心力。

3．速度与轨道压力的关系

(1)当火车行驶速度 v等于规定速度 v0时，所需向心力仅由重力和弹力的合力提供，此时内外轨道对火车无

挤压作用。

(2)当火车行驶速度 v>v0时，外轨道对轮缘有侧压力。

(3)当火车行驶速度 v<v0时，内轨道对轮缘有侧压力。

4.合外力的方向：火车转弯时，火车所受合外力沿水平方向指向圆心，而不是沿轨道斜面向下。因为火车

转弯的圆周平面是水平面，不是斜面，所以火车的向心力即合外力应沿水平面指向圆心。

5.规定速度的唯一性：火车轨道转弯处的规定速率一旦确定则是唯一的，火车只有按规定的速率转弯，内

外轨才不受火车的挤压作用。速率过大时，由重力、支持力及外轨对轮缘的挤压力的合力提供向心力；速

率过小时，由重力、支持力及内轨对轮缘的挤压力的合力提供向心力。　

二、关于汽车过桥问题，用图表概括如下

内容项目汽车过凸形桥汽车过凹形桥

受力分析

规定向心力方向

为正方向

牛顿第三定律

讨论 v增大，F压减小；当 v增大到时，F压＝0v增大，F压增大

1.汽车过凸形桥时

在最高点满足 mg－FN＝m，

即FN＝mg－。

(1)当0≤v＜时，0＜FN≤mg。

(2)当v＝时，FN＝0。

(3)当v＞时，汽车会脱离桥面，做平抛运动，发生危险。

2.汽车过凹形桥时

在最低点满足 FN－mg＝，即 FN＝mg＋。

车速 v越大，压力越大。

三、航天器中的失重现象

1．向心力分析

宇航员受到的地球引力与座舱对他的支持力的合力为他提供向心力，

2．支持力分析

3．讨论：当时，座舱对宇航员的支持力 FN＝0，宇航员处于完全失重状态。

四、离心运动

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