1、5.7 5.7 生活中圆周运动生活中圆周运动-火车转弯问题分火车转弯问题分析析第1页复习：复习：2、向心力公式？F合=F向1、物体做匀速圆周运动条件是什么？方向：指向圆心方向：指向圆心第2页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，受哪几个力作用？向心力是由谁提供？个力作用？向心力是由谁提供？第3页汽车匀速在汽车匀速在水平路面上水平路面上转弯时向心力转弯时向心力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
2、F牵牵牵牵f f切切切切f f静静静静第4页问题问题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 须满足条件是什么？须满足条件是什么？问题问题3：汽车刚好能够安全转弯速度是多少？汽车刚好能够安全转弯速度是多少？第5页问题问题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 性提议？性提议？减速慢行、增大轮胎摩擦力等第6页问题问题5：仔细观察下面图片，研究工程师们设仔细观察下面图片，研究工程师们设计计:公路弯道有什么特点？并思索为何要这么设公路弯道有什么特点？并思索为何要这么设计？计？第7页ffGFNF合合第8页结论结论将路面将路面倾倾
3、斜原因是斜原因是让让支持力与支持力与竖竖直方向成一直方向成一角度，角度，这这么么让让重力和支持力重力和支持力协协力提供部分向力提供部分向心力心力，减小静摩擦力，减小静摩擦力负负担。担。第9页火车转弯火车转弯问题问题1：火车车轮与铁轨结构是怎样？火车车轮与铁轨结构是怎样？轮缘第10页问题问题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，分析此时火车受力情况，并找出是什么力提供火车此时火车受力情况，并找出是什么力提供火车转弯向心力转弯向心力。火火车车受重力、支持力受重力、支持力GFNF向心力由外向心力由外轨给轨给轮缘轮缘支持力提供。支持力提供。外轨给轮缘支持力外轨给轮缘支持力
4、第11页问题问题3：实际中铁路弯道是怎样设计？为何实际中铁路弯道是怎样设计？为何要这么设计？要这么设计？实际铁实际铁路弯道是路弯道是倾倾斜，斜，外外轨轨高于内高于内轨轨。让让重重力和支持力力和支持力协协力提供部分向心力。力提供部分向心力。第12页FNF合合mg火车实际受力情景：火车实际受力情景：第13页外外外外内内内内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第14页假如火车转弯时假如火车转弯时VVVV限，限，会有什么后果？会有什么后果？假如火车转
5、弯时假如火车转弯时VVVV限，限，会有什么后果？会有什么后果？全体讨论：全体讨论：第15页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第16页第17页轮缘与内、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轮缘挤压外外轨道轨道轮缘挤压轮缘挤压内内轨道轨道总而言之，为保护轨道，火车转弯时速度应尽可能控制在总而言之，为保护轨道，火车转弯时速度应尽可能控制在_左右！左右！小结：小结：火车在外高内低轨道转弯时，若：火车在外高内低轨道转弯时，若：第18页在水平铁路转弯处，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，利用重力和支持力协
6、力提供转弯所需向心力D限制火车向外脱轨ACD练一练练一练第19页如图所表示，若火车按要求速率转弯时，内、如图所表示，若火车按要求速率转弯时，内、外轨对车轮均无侧向压力，则火车以小于要求外轨对车轮均无侧向压力，则火车以小于要求速率转弯时（速率转弯时（）A.仅内内轨对车轮有有侧压力力 B.仅外外轨对车轮有有侧压力力 C.内、外内、外轨对车轮都有都有侧压力力 D.内、外内、外轨对车轮均无均无侧压力力 练一练练一练A第20页汽车过拱桥质量为m 汽车以恒定速率v经过半径为r拱桥,如图所表示,求汽车在桥顶时对路面压力是多大?实例研究汽车过桥第21页拱形桥拱形桥问题问题1：分析汽车过拱形桥至分析汽车过拱形桥
7、至桥顶桥顶时受力情况及时受力情况及 向心力起源。向心力起源。汽汽车车在最高点在最高点时时受重力和支持力，向心力由重力受重力和支持力，向心力由重力与支持力与支持力协协力提供力提供 问题问题2：汽车过拱形桥汽车过拱形桥最高点最高点时对桥面压力大时对桥面压力大 小与本身重力大小关系是怎样？这是小与本身重力大小关系是怎样？这是 一个怎样状态？一个怎样状态？第22页解:汽车经过桥顶时,受力如图:mgFNOr由牛顿第二定律:由牛顿第三定律:FfF失重失重第23页问题问题3：当汽车在最高点对桥压力为当汽车在最高点对桥压力为0时，汽车时，汽车 速度是多大？这又是一个怎样状态？此时速度是多大？这又是一个怎样状态
8、？此时 人对座椅压力是多大？从该时刻以后，汽人对座椅压力是多大？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 人对座椅压力也是人对座椅压力也是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 第24页你见过凹形桥吗?泸定桥第25页 拓展:质量为m汽车以恒定速率v经过半径为r凹形桥面,如图所表示,求汽车在最低点时对桥面压力是多大?解:汽车经过底部时,受力如图:GFN由牛顿第二定律:由牛顿第三定律：FFf超重超重第26页GFNGFN失重超重aa最高点最低点第27页研究圆周运动关键点从从“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，求沿半径方向合外力合外力“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”平衡平衡做圆周运动做圆周运动第28页飞车走壁摩托车飞车走壁，请分析受力情况，解释现象第29页
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