生活中的圆周运动4研究报告.ppt

学习目标 1.能定性分析火车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.知道航天器中的失重现象的本质。 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。 1、什么叫向心加速度？其物理意义？公式如何？ 2、什么叫向心力？公式如何？ 3、火车转弯时，什么力提供向心力？为什么外轨高于内轨？ 4、汽车过拱形桥和凹形桥时，对桥的压力分别如何？ 4、航天器中的失重现象的本质是什么？ 5、离心运动的条件是什么？如何防止和利用？ 思考： 在平直轨道上匀速行驶的火车，火车受几个力作用？这几个力的关系如何？那火车转弯时情况会有何不同呢？ 火车转弯时是在做圆周运动，那么是什么力提供向心力？ 一、铁路的弯道 车轮的构造 火车车轮有突出的轮缘 车轮介绍 铁路的弯道 ——内外轨道一样高 G N 外轨对轮缘的弹力提供向心力 . F 合作与探究 请设计一个方案让火车沿轨道安全通过弯道 设计方案思想简述 画出草图 简单计算说明 可行性分析 【学生活动】设计火车弯道 学生分组讨论，提出可行性方案 【最佳方案】 外轨略高于内轨 α 【方案剖析】 火车转弯规定临界速度: 解析： 重力G与支持力FN的合力F合是使火车转弯的向心力 G N F 当 很小时， N h F 如图，斜面轨道倾角为θ，转弯半径R，要使车轮对内外轨都无压力,质量为m的火车运行的速率应该多大? 火车拐弯应以规定速度行驶 G 【研究与讨论】 如果火车在转弯处的速度不等于规定速度，会发生怎样情况？ 讨论： 1.当v , F提 合力不足以提供向心力 外轨对轮缘有挤压； 2.当v= , = F提合力恰好等于向心力 内外轨对轮缘都无挤压 3.当 v , F提合力大于向心力，内轨 对轮缘有挤压 当火车行驶速率vv规定时 当火车行驶速率vv规定时 G N N′ G N N′ 外轨对轮缘有侧压力 内轨对轮缘有侧压力 1、火车转弯时向心力是水平的． 从这个例子我们进一步知道 ： 2、向心力是按效果命名的力，如果认为做匀速圆周运动的物体除了受到另外物体的作用，还要再受到一个向心力，那就不对了。 【物理与生活】 2008年4月18日，我国铁路进行了第六次大提速，时速将达200公里以上，这必将为我国经济腾飞注入新的活力。假设你是一位从事铁路设计的工程师，你认为火车提速有必要对铁路拐弯处进行改造吗？应如何改造？ 公路上的拱形桥是常见的，汽车过桥时，也可以看做圆周运动。那么是什么力提供汽车的向心力呢？ 思考： 二、拱形桥 二、汽车过桥 1 2 3 质量为m的汽车在拱形桥上以速度v行驶，若桥面的圆弧半径为R，试画出受力分析图，分析汽车通过桥的最高点时对桥的压力． 汽车通过桥最高点时， 车对桥的压力 以“凸形桥”为例分析： 1、分析汽车的受力情况 2、找圆心 3、确定F合即F向心力的方向。 4、列方程 N G · F合= G-N 思考：汽车在拱形桥顶端的速度不同，桥对车的支持力也不同，有什么不同呢 ？ 凹形桥 下面自己分析汽车通过凹形桥最低点时，汽车对桥的压力比汽车的重力大些还是小些? 学生分析汽车通过最底点时车对桥 (过水路面)的压力 汽车对桥面的压力 超重失重状态 最高点 最低点 小结： 说一说 汽车不在拱形桥的最高点或最低点时，它的运动该如何求解？为什么？ 课堂练习 1、质量 m=100t的火车在轨道上行驶,火车内外轨连线与水平面夹角为370 ，弯道半径R=30m。 （南）(1)当火车的速度v1=10m/s时,轨道何处受侧压力?方向如何? （中）(2)当火车的速度v2=15m/s时,轨道何处受侧压力?方向如何? （北）(3)当火车的速度v3=20m/s时,轨道何处受侧压力?方向如何? 课堂练习 2、一辆质量 m=2.0t的小轿车，驶过半径R=100m的一段圆弧形桥面。 （南）(1)若桥面为凹形，汽车以20m/s通过桥面最低点时，对桥面的压力是多大？ （中）(2)若桥面为凸形，汽车以10m/s通过桥面最高点时，对桥面的压力是多大？ （北）(3)汽车以多大速度凸形桥面顶点时，对桥面刚好没有压力？ 该“思考与讨论”中描述的情景其实已经实现，不过不是在汽车上，而是在航天飞机中． 汽车速度增大 v 思维拓展