生活中的圆周运动火车转弯与汽车过桥问题课件-高一下学期物理人教版

第六章：第四节生活中的圆周运动第1课时火车转弯与汽车过桥问题火车在平直轨道上匀速行驶时，所受的合力等于0。那么当火车转弯时，我们说它做圆周运动，此时是什么力提供火车拐弯的向心力呢？一火车转弯问题轮缘火车的车轮上有突出的轮缘，利用这个装置可以将火车的车轮卡在铁轨上，保证火车的安全。问题1：为什么火车的安全系数高？铁轨火车在水平面拐弯时，若内外轨道一样高，拐弯的向心力由谁提供？F支FG外轨与外侧轮缘相互挤压，外轨对外侧轮缘的弹力提供向心力（长期如此容易变形，还可能使火车侧翻）θ实际中，在火车拐弯处，设计成外轨略高于内轨。GF支Fn此时火车的受力情况如何？谁提供向心力？——轨道对车的F支的水平分量（或F支和G的合力）提供向心力。思考：这么设计有什么好处？问题2：铁轨平面与水平面的倾角多少最合适？已知：火车质量为m，转弯时火车的速度为v，转弯半径为r。外界提供的力：F合=_________所需的向心力：Fn=__________火车做圆周运动，F合=Fn（供需平衡）θmgF支FnθmgF支Fn根据结果想一想：要想火车安全、尽可能延长铁轨使用寿命地通过弯道，有什么要求？θ满足上述条件时，对应于火车的受力情况是怎么样的？——轮缘与两侧轨道均无相互挤压问题2.1：如果火车过弯的速度太小，对铁轨有何影响？再补一个力——火车多受到一个向外的挤压力这个力是车轮与谁挤压造成的？火车做圆周运动，仍然需要保证F供=F需nF支与mg的合力大了，怎么才能符合要求？F支与mg的合力：拐弯所需向心力：θmgF支FnF弹问题2.2：如果火车过弯的速度太大，对铁轨有何影响？再补一个力——火车多受到一个向内的挤压力这个力是车轮与谁挤压造成的？火车做圆周运动，仍然需要保证F供=F需nF支与mg的合力小了，怎么才能符合要求？F支与mg的合力：拐弯所需向心力：θmgF支FnF弹同理1：高速公路弯道处的设计公路转弯处不设计成倾斜路面行不行？公路转弯处设计成倾斜路面有什么好处？——若为水平路面，汽车拐弯时只能依靠摩擦力提供向心力，汽车速度大时更容易打滑。——路面支持力的水平分量能帮忙提供向心力，提高汽车的安全系数。GF支Fn同理2：飞车走壁如果斜面是光滑的，有可能做到上述表演吗？mgNFnθ若“壁”变得更陡，杂技演员想在同一高度处转圈而不下滑，是需要更大的速度，还是更小的速度？杂技演员想在更高处转圈，是需要加速还是减速？挑战难以成功的原因1：斜面太陡，θ太大，难以做到挑战难以成功的原因2：鞋底不够粗糙同理3：飞机是如何转弯的？F升mgFn转弯圆心飞机倾斜，使F升的分力（或F升与mg的合力）提供向心力二汽车过桥问题为什么桥的外形大都是微微向上凸起的，而几乎没有向下凹陷的？如果在凹形桥上通车，可能会有什么问题？问题1：汽车通过凹形桥最低点时，向心力由谁提供？汽车对地面的压力大小如何？mgN已知：汽车质量m，转弯半径r，过最低点时的速度v外界提供的力：F合=_______所需的向心力：Fn=________汽车做圆周运动，F合=Fn（供需平衡）根据牛三，汽车通过凹形桥的桥底时，弹力大于重力。凹形桥对桥的承重要求更高，汽车也更有爆胎风险！说明：汽车处于超重状态v问题2：汽车通过凸拱形桥最高点时，向心力由谁提供？汽车对地面的压力大小如何？已知：汽车质量m，转弯半径r，过最高点时的速度vmgN外界提供的力：F合=_______所需的向心力：Fn=________根据牛三，说明：汽车处于失重状态思考：若汽车以越来越大的速度通过桥顶，将会发生什么？汽车做圆周运动，F合=Fn（供需平衡）vmg此时重力起的作用？临界情况：汽车恰好不飞离桥面。临界条件可概述为：向心力完全只由重力提供临界情况：汽车受到的支持力恰为0，汽车与地面恰好接触但无相互挤压若速度再大一些，将发生什么？vmg①当

时,重力与桥面对汽车的支持力共同提供向心力；②当

时,桥面对汽车的支持力为0，汽车恰好没有离开桥面；③当

时,汽车将脱离桥面，发生危险。vN总结：mgvmgv所以：过桥时须减速慢行将地球看做一个巨大的“