生活中的圓周運動火車轉彎與汽車過橋問題課件-高一下學期物理人教版

第六章：第四節(jié)生活中的圓周運動第1課時火車轉彎與汽車過橋問題火車在平直軌道上勻速行駛時，所受的合力等于0。那么當火車轉彎時，我們說它做圓周運動，此時是什么力提供火車拐彎的向心力呢？一火車轉彎問題輪緣火車的車輪上有突出的輪緣，利用這個裝置可以將火車的車輪卡在鐵軌上，保證火車的安全。問題1：為什么火車的安全系數(shù)高？鐵軌火車在水平面拐彎時，若內外軌道一樣高，拐彎的向心力由誰提供？F支FG外軌與外側輪緣相互擠壓，外軌對外側輪緣的彈力提供向心力（長期如此容易變形，還可能使火車側翻）θ實際中，在火車拐彎處，設計成外軌略高于內軌。GF支Fn此時火車的受力情況如何？誰提供向心力？——軌道對車的F支的水平分量（或F支和G的合力）提供向心力。思考：這么設計有什么好處？問題2：鐵軌平面與水平面的傾角多少最合適？已知：火車質量為m，轉彎時火車的速度為v，轉彎半徑為r。外界提供的力：F合=_________所需的向心力：Fn=__________火車做圓周運動，F(xiàn)合=Fn（供需平衡）θmgF支FnθmgF支Fn根據(jù)結果想一想：要想火車安全、盡可能延長鐵軌使用壽命地通過彎道，有什么要求？θ滿足上述條件時，對應于火車的受力情況是怎么樣的？——輪緣與兩側軌道均無相互擠壓問題2.1：如果火車過彎的速度太小，對鐵軌有何影響？再補一個力——火車多受到一個向外的擠壓力這個力是車輪與誰擠壓造成的？火車做圓周運動，仍然需要保證F供=F需nF支與mg的合力大了，怎么才能符合要求？F支與mg的合力：拐彎所需向心力：θmgF支FnF彈問題2.2：如果火車過彎的速度太大，對鐵軌有何影響？再補一個力——火車多受到一個向內的擠壓力這個力是車輪與誰擠壓造成的？火車做圓周運動，仍然需要保證F供=F需nF支與mg的合力小了，怎么才能符合要求？F支與mg的合力：拐彎所需向心力：θmgF支FnF彈同理1：高速公路彎道處的設計公路轉彎處不設計成傾斜路面行不行？公路轉彎處設計成傾斜路面有什么好處？——若為水平路面，汽車拐彎時只能依靠摩擦力提供向心力，汽車速度大時更容易打滑?！访嬷С至Φ乃椒至磕軒兔μ峁┫蛐牧Γ岣咂嚨陌踩禂?shù)。GF支Fn同理2：飛車走壁如果斜面是光滑的，有可能做到上述表演嗎？mgNFnθ若“壁”變得更陡，雜技演員想在同一高度處轉圈而不下滑，是需要更大的速度，還是更小的速度？雜技演員想在更高處轉圈，是需要加速還是減速？挑戰(zhàn)難以成功的原因1：斜面太陡，θ太大，難以做到挑戰(zhàn)難以成功的原因2：鞋底不夠粗糙同理3：飛機是如何轉彎的？F升mgFn轉彎圓心飛機傾斜，使F升的分力（或F升與mg的合力）提供向心力二汽車過橋問題為什么橋的外形大都是微微向上凸起的，而幾乎沒有向下凹陷的？如果在凹形橋上通車，可能會有什么問題？問題1：汽車通過凹形橋最低點時，向心力由誰提供？汽車對地面的壓力大小如何？mgN已知：汽車質量m，轉彎半徑r，過最低點時的速度v外界提供的力：F合=_______所需的向心力：Fn=________汽車做圓周運動，F(xiàn)合=Fn（供需平衡）根據(jù)牛三，汽車通過凹形橋的橋底時，彈力大于重力。凹形橋對橋的承重要求更高，汽車也更有爆胎風險！說明：汽車處于超重狀態(tài)v問題2：汽車通過凸拱形橋最高點時，向心力由誰提供？汽車對地面的壓力大小如何？已知：汽車質量m，轉彎半徑r，過最高點時的速度vmgN外界提供的力：F合=_______所需的向心力：Fn=________根據(jù)牛三，說明：汽車處于失重狀態(tài)思考：若汽車以越來越大的速度通過橋頂，將會發(fā)生什么？汽車做圓周運動，F(xiàn)合=Fn（供需平衡）vmg此時重力起的作用？臨界情況：汽車恰好不飛離橋面。臨界條件可概述為：向心力完全只由重力提供臨界情況：汽車受到的支持力恰為0，汽車與地面恰好接觸但無相互擠壓若速度再大一些，將發(fā)生什么？vmg①當

時,重力與橋面對汽車的支持力共同提供向心力；②當

時,橋面對汽車的支持力為0，汽車恰好沒有離開橋面；③當

時,汽車將脫離橋面，發(fā)生危險。vN總結：mgvmgv所以：過橋時須減速慢行將地球看做一個巨大的“