生活中的圆周运动.ppt

5.7 5.7 生活中的圆周运动生活中的圆周运动-火车转弯问题分火车转弯问题分析析复习：复习：2、向心力的公式？F合=F向1、物体做匀速圆周运动的条件是什么？方向：指向圆心方向：指向圆心实例研究汽车转弯问题问题1：汽车匀速在水平路面上转弯时，受哪几：汽车匀速在水平路面上转弯时，受哪几个力的作用？向心力是由谁提供？个力的作用？向心力是由谁提供？汽车匀速在汽车匀速在水平路面上水平路面上转弯时的向心力转弯时的向心力f f静静静静横向摩擦力横向摩擦力 提供向心力！提供向心力！切向摩擦力切向摩擦力跟牵引力平衡跟牵引力平衡(匀速转弯匀速转弯)v俯视图俯视图俯视图俯视图:F F牵牵牵牵f f切切切切GNF F牵牵牵牵f f切切切切f f静静静静问题问题2：要想汽车在水平弯道上能够安全转弯，必：要想汽车在水平弯道上能够安全转弯，必 须满足的条件是什么？须满足的条件是什么？问题问题3：汽车刚好能够安全转弯的速度是多少？：汽车刚好能够安全转弯的速度是多少？问题问题4：同学们能不能给出一些增大汽车转弯：同学们能不能给出一些增大汽车转弯安全安全 性的建议？性的建议？减速慢行、增大轮胎的摩擦力等问题问题5：仔细观察下面的图片，研究工程师们：仔细观察下面的图片，研究工程师们设计的设计的:公路弯道有什么特点？并思考为什么要公路弯道有什么特点？并思考为什么要这样设计？这样设计？ffGFNF合合结论结论将路面倾斜的原因是让支持力与竖直方向成将路面倾斜的原因是让支持力与竖直方向成一角度，这样让重力和支持力的合力提供部一角度，这样让重力和支持力的合力提供部分向心力，减小静摩擦力的负担。分向心力，减小静摩擦力的负担。火车转弯火车转弯问题问题1：火车车轮与铁轨的构造是怎样的？：火车车轮与铁轨的构造是怎样的？轮缘问题问题2：假设火车在水平弯道上匀速转弯，分析假设火车在水平弯道上匀速转弯，分析此时火车的受力情况，并找出是什么力提供火此时火车的受力情况，并找出是什么力提供火车转弯的向心力车转弯的向心力。火车受重力、支持力火车受重力、支持力GFNF向心力由外轨给向心力由外轨给轮缘的支持力提轮缘的支持力提供。供。外轨给轮缘的支持外轨给轮缘的支持力力问题问题3：实际中的铁路弯道是如何设计的？为什么：实际中的铁路弯道是如何设计的？为什么要这样设计？要这样设计？实际铁路弯道是倾斜的，外轨高于内轨。让重实际铁路弯道是倾斜的，外轨高于内轨。让重力和支持力的合力提供部分向心力。力和支持力的合力提供部分向心力。FNF合合mg火车实际受力情景：火车实际受力情景：外外外外内内内内GF合合 要想使轮缘与内外轨道间均无相互挤压，转弯速度要想使轮缘与内外轨道间均无相互挤压，转弯速度应满足什么条件？应满足什么条件？轮缘与内、外轨道之间均无挤压轮缘与内、外轨道之间均无挤压FN如果火车转弯时如果火车转弯时VVVV限，限，会有什么后果？会有什么后果？如果火车转弯时如果火车转弯时VVVV限，限，会有什么后果？会有什么后果？全体讨论：全体讨论：火车弯道车速过大发生侧翻事故火车弯道车速过大发生侧翻事故轮缘与内、外轨道之间均无挤压轮缘与内、外轨道之间均无挤压轮缘挤压外轨道轮缘挤压外轨道轮缘挤压内轨道轮缘挤压内轨道综上所述，为保护轨道，火车转弯时的速度应尽可能控制在综上所述，为保护轨道，火车转弯时的速度应尽可能控制在_左右！左右！小结：火车在外高内低的轨道转弯时，若：小结：火车在外高内低的轨道转弯时，若：在水平铁路转弯处，往往使外轨略高于内轨，这是为了()A减轻火车轮子挤压外轨B减轻火车轮子挤压内轨C使火车车身倾斜，利用重力和支持力的合力提供转弯所需向心力D限制火车向外脱轨ACD练一练练一练如图所示，若火车按规定速率转弯时，内、外如图所示，若火车按规定速率转弯时，内、外轨对车轮均无侧向压力，则火车以小于规定速轨对车轮均无侧向压力，则火车以小于规定速率转弯时（率转弯时（）A.仅内轨对车轮有侧压力仅内轨对车轮有侧压力 B.仅外轨对车轮有侧压力仅外轨对车轮有侧压力 C.内、外轨对车轮都有侧压力内、外轨对车轮都有侧压力 D.内、外轨对车轮均无侧压力内、外轨对车轮均无侧压力 练一练练一练A汽车过拱桥质量为m 的汽车以恒定的速率v通过半径为r的拱桥,如图所示,求汽车在桥顶时对路面的压力是多大?实例研究汽车过桥拱形桥拱形桥问题问题1：分析汽车过拱形桥至桥顶时的受力情况及：分析汽车过拱形桥至桥顶时的受力情况及 向心力来源。向心力来源。汽车在最高点时受重力和支持力，向心力由重力汽车在最高点时受重力和支持力，向心力由重力与支持力的合力提供与支持力的合力提供 问题问题2：汽车过拱形桥最高点时对桥面的压力的大：汽车过拱形桥最高点时对桥面的压力的大 小与自身重力的大小关系是怎样的？这是小与自身重力的大小关系是怎样的？这是 一种怎样的状态？一种怎样的状态？解:汽车通过桥顶时,受力如图:mgFNOr由牛顿第二定律:由牛顿第三定律:FfF失重失重问题问题3：当汽车在最高点对桥的压力为：当汽车在最高点对桥的压力为0时，汽车的时，汽车的 速度是多大？这又是一种怎样的状态？此时速度是多大？这又是一种怎样的状态？此时 人对座椅的压力是多大？从该时刻以后，汽人对座椅的压力是多大？从该时刻以后，汽 车将做什么运动？还能沿桥面做圆周运动下车将做什么运动？还能沿桥面做圆周运动下 桥吗？桥吗？完全失重状态完全失重状态 人对座椅的压力也是人对座椅的压力也是0，人也处于完全失重状态，人也处于完全失重状态汽车将做平抛运动，不能沿桥面下桥了汽车将做平抛运动，不能沿桥面下桥了 你见过凹形桥吗?泸定桥 拓展:质量为m的汽车以恒定的速率v通过半径为r的凹形桥面,如图所示,求汽车在最低点时对桥面的压力是多大?解:汽车通过底部时,受力如图:GFN由牛顿第二定律:由牛顿第三定律：FFf超重超重GFNGFN失重超重aa最高点最低点研究圆周运动的要点从从“供供”“需需”两方面来进行研究两方面来进行研究“供供”分析物体受力，求沿半径方向分析物体受力，求沿半径方向的合外力的合外力“需需”确定物体轨道，定圆心、找半确定物体轨道，定圆心、找半径、用公式，求出所需向心力径、用公式，求出所需向心力“供供”“需需”平衡做圆周运动平衡做圆周运动飞车走壁摩托车飞车走壁，请分析受力情况，解释现象