2018-2019学年教科版必修2 第二章 第3节 圆周运动的实例分析1 火车、汽车拐弯的动力学问题 学案
2018-2019学年教科版必修2 第二章 第3节 圆周运动的实例分析1 火车、汽车拐弯的动力学问题 学案第3页

 2. 实际的弯道都是外高内底,以限定速度转弯,受力如图。

 

  Mgtanθ=Mv2/r v=

  当v >,侧向下摩擦力的水平分力补充不足的合外力;

  v <,侧向上摩擦力的水平分力抵消部分过剩的合外力;

  v =,沿斜面方向的摩擦力为零,重力和支持力的合力提供向心力。

  例题1 在用高级沥青铺设的高速公路上,汽车的最大速度为108 km/h。汽车在这种路面上行驶时,它的轮胎与地面的最大静摩擦力等于车重的0.4倍。(g取10 m/s2)

  (1)如果汽车在这种高速路的水平弯道上拐弯,假设弯道的路面是水平的,其弯道的最小半径是多少?

  (2)如果高速公路上设计了圆弧拱桥,要使汽车能够安全通过圆弧拱桥,这个圆弧拱桥的半径至少是多少?

  思路分析:(1)汽车在水平路面上拐弯,可视为汽车做匀速圆周运动,其向心力由车与路面间的静摩擦力提供。当静摩擦力达到最大值时,由向心力公式可知这时的半径最小,

  有m≤0.4mg,由速度v=30 m/s,得:r≥225m。

  (2)汽车过拱桥,看做在竖直平面内做匀速圆周运动,到达最高点时,

  根据向心力公式有mg-N=m,

  为了保证安全,车对路面的压力必须大于零。

  有mg≥m,v=30 m/s,则R≥90 m。

  答案:(1)225m(2)90m

  例题2 如图所示为一辆箱式货车的后视图。该箱式货车在水平路面上做弯道训练。圆弧形弯道的半径为R=8m,车轮与路面间的动摩擦因数为μ=0.8,滑动摩擦力等于最大静摩擦力。货车顶部用细线悬挂一个小球P,在悬点O处装有拉力传感器。车沿平直路面做匀速运动时,传感器的示数为F0=4N。取g=10m/s2。

  (1)该货车在此圆弧形弯道上做匀速圆周运动时,为了防止侧滑,车的最大速度vm是多大?

(2)该货车某次在此弯道上做匀速圆周运动,稳定后传感器的示数为F=5N,此时细