【多彩课堂】2015-2016学年高中物理5.7《生活中的圆周运动》(一)新人教版必修2教程.ppt

* 1.能定性分析火车轨道拐弯处外轨比内轨高的原因。 2.能定量分析汽车过拱形桥最高点和凹形桥最低点的压力问题。 3.知道航天器中失重现象的本质。 4.知道离心运动及其产生的条件，了解离心运动的应用和防止。 5.会用牛顿第二定律分析圆周运动。 6.进一步领会力与物体的惯性对物体运动状态变化所起的作用。 现实生活中物体做圆周运动的例子有很多，比如：火车拐弯、汽车过拱形桥和凹形桥、航天器的失重、汽车的离心运动等，我们将分析上述现象中向心力的来源、出现失重和离心运动现象的原因等。 本课时主要分析火车拐弯与汽车过拱桥时的受力情况，首先由几幅图片引导学生对火车车轮结构的观察，并提出问题，进而引出对拐弯时的火车的受力分析，找到火车拐弯时哪些力提供向心力，从而得到火车拐弯时火车应该要控制的速度；分析汽车过拱形桥和凹形桥，可以得到桥对汽车的支持力和汽车重力的合力提供向心力，从而得到汽车过桥时力、速度、加速度之间的关系。 绿皮车的记忆 火车在水平轨道上转弯时，所需的向心力由谁提供？ 问题1：火车车轮与铁轨的构造是怎样的？ 轮缘 一、铁路的弯道 问题2：在平直轨道上匀速行驶的火车受几个力作用？这几个力的关系如何？ 问题3：如果火车在水平弯道上转弯，试分析其受力情况及向心力的来源。 G FN F 外轨对轮缘的弹力 这个弹力很大，会对轨道和轮缘造成损坏。如何解决这个问题？ θ FN 火车转弯所需的向心力的方向是在水平方向上还是在与斜面平行的方向上？ G O F合 θ 当外轨略高于内轨时 O G FN F合 θ θ 火车转弯时所需的向心力 Fn = mv2/R 若火车的速度大于或小于这个值时，轨道对轮缘有挤压吗？ F合＝mgtan θ 若轨道对轮缘无挤压，此时火车的速度为多大？ G FN θ 轮缘受到外轨向内的弹力 G FN θ F F 轮缘受到内轨向外的弹力 1. 当 时： 2. 当 时： 例1. 火车以半径 R = 900 m 转弯，火车质量为 8×105 kg ，速度为 30 m/s，火车轨距 d =1.4 m，要使火车通过弯道时仅受重力与轨道的支持力，轨道应该垫的高度 h 为多少？( θ 较小时 tan θ = sin θ ) θ FN mg F θ h 由力的关系得: 由向心力公式得: 由几何关系得: 由于 θ 很小，所以 tan θ ≈ sin θ m d 二、拱形桥 拱形桥 凹形桥 水平桥 问题1：汽车静止在桥上与通过平桥时，受力怎样？ F压＝FN＝mg 问题2：汽车过拱形桥时，在最高点时，车对凸桥的压力又怎样？ mg FN v2 R mg－FN＝m v2 R FN ＝mg－m v2 R F压＝FN ＝mg－m 汽车对桥的压力小于其所受重力，即处于失重 FN ＜mg v2 R mg＝m 当 FN = 0 时，汽车脱离桥面，做平抛运动，汽车及其中的物体处于完全失重状态。 FN＝0 时，汽车的速度为多大？ v2 R FN ＝mg－m 问题3：汽车过拱形桥时，运动速度变大，车对凸桥的压力如何变化？ mg FN 问题4：汽车过凹形桥时，在最低点时，车对凸桥的压力又怎样？ FN mg v2 R FN ＝mg + m v2 R F压＝FN ＝mg + m v2 R FN－mg＝m 汽车对桥的压力大于其所受重力，即处于超重 若汽车通过凹桥的速度增大，会出现什么情况？ FN ＞mg F压＝FN ＜mg 失重 超重 F压＝FN ＝mg F压＝FN ＞mg 例2. 一辆质量 m =2 t 的轿车，驶过半径 R = 50 m 的一段凸形桥面，g 取 10 m/s2，求: (1) 轿车以 10 m/s 的速度通过桥面最高点时，对桥面的压力是多大? (2) 在最高点对桥面的压力等于轿车重力的一半时，车的速度大小是多少? 16000 N 汽车有无可能做这样的运动？若可能应满足怎样的条件？ mg FN * * *