汽車火車轉(zhuǎn)彎分析2 - 副本

1、第二章第二章 圓周運(yùn)動(dòng)圓周運(yùn)動(dòng) 第七節(jié)第七節(jié) 生活中的圓周運(yùn)動(dòng)生活中的圓周運(yùn)動(dòng) 之之 汽車火車轉(zhuǎn)彎過程受力分析汽車火車轉(zhuǎn)彎過程受力分析復(fù)習(xí)：復(fù)習(xí)：1、向心力的公式？F合=Fn3、向心力是否像重力、彈力、摩擦力一樣是一種新的性質(zhì)力嗎？2、物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的條件是什么？22rrvmF問題問題1 1：水平道路上，自行車轉(zhuǎn)彎時(shí)，身體為什么向內(nèi)傾斜？FNmgF合=Fn問題問題2 2：飛機(jī)在轉(zhuǎn)彎時(shí)，必須使機(jī)身產(chǎn)生一定的：飛機(jī)在轉(zhuǎn)彎時(shí)，必須使機(jī)身產(chǎn)生一定的傾斜，這樣做是為了什么呢？?jī)A斜，這樣做是為了什么呢？GNFn問題 3 思考 ： 汽車與火車轉(zhuǎn)彎時(shí)，如何實(shí)現(xiàn)與自行車和飛機(jī)相同的效果呢 ?？一、汽車轉(zhuǎn)彎一

2、、汽車轉(zhuǎn)彎Nmgf問題：?jiǎn)栴}：什么力充當(dāng)汽車什么力充當(dāng)汽車轉(zhuǎn)彎需要的向心轉(zhuǎn)彎需要的向心力？力？ 結(jié)論：結(jié)論：地面對(duì)汽車的摩擦力提供地面對(duì)汽車的摩擦力提供了汽車轉(zhuǎn)彎的向心力。當(dāng)了汽車轉(zhuǎn)彎的向心力。當(dāng)靜摩擦力達(dá)到最大值時(shí)，靜摩擦力達(dá)到最大值時(shí)，汽車速度也達(dá)到允許的最汽車速度也達(dá)到允許的最大值。大值。如果你是一名司機(jī)，過彎如果你是一名司機(jī)，過彎時(shí)需要注意什么？時(shí)需要注意什么？思考：思考：rvmf2二、火車轉(zhuǎn)彎二、火車轉(zhuǎn)彎 火車轉(zhuǎn)彎時(shí)什么火車轉(zhuǎn)彎時(shí)什么力提供向心力？力提供向心力？思考：思考：火車車輪與軌道結(jié)構(gòu)圖Fc c：由于該彈力是由輪緣和外軌的擠壓產(chǎn)生的，且由于火車質(zhì)量：由于該彈力是由輪緣和外軌的擠

3、壓產(chǎn)生的，且由于火車質(zhì)量很大，故輪緣和外軌間的相互作用力很大，易損壞鐵軌發(fā)生事故。很大，故輪緣和外軌間的相互作用力很大，易損壞鐵軌發(fā)生事故。a a：此時(shí)火車受三個(gè)力：重力、支持力、外軌對(duì)輪緣的彈力。：此時(shí)火車受三個(gè)力：重力、支持力、外軌對(duì)輪緣的彈力。b b：向心力完全由外軌對(duì)輪緣的彈力：向心力完全由外軌對(duì)輪緣的彈力F F提供。提供。若內(nèi)外軌等高，外軌對(duì)輪緣的側(cè)壓力提供向心力：若內(nèi)外軌等高，外軌對(duì)輪緣的側(cè)壓力提供向心力：FFNFG 因此，為了克服火車在轉(zhuǎn)彎時(shí)與軌道產(chǎn)生的側(cè)向壓力，現(xiàn)實(shí)中的火車軌道轉(zhuǎn)彎處都是外軌高于內(nèi)軌的設(shè)計(jì)，如下圖：車輪、軌道截面簡(jiǎn)圖 排除了車輪與軌道之間的側(cè)向壓力，那么火車做圓

4、周運(yùn)動(dòng)的向心力由誰來提供呢？GFNFnFNmgFn問題問題4 4：通過圖解，當(dāng)火車車速適合，即不與鐵軌發(fā)生相互的側(cè)向壓力時(shí)，如何用相關(guān)的物理量來表示F合？q qNFnmgq q合力沿水平方向：mgtanFN sin或或Fn=Fn= rvmmg2tanqqtanrgv 即qtan2rgv 即分析：分析：NFmgq qq q思考：火車以多大速度過彎最理思考：火車以多大速度過彎最理想呢？想呢？思考： 若火車的速度超過或者低于這個(gè)速度，火車車輪與軌道之間會(huì)發(fā)生什么樣的作用力呢？小結(jié)：小結(jié)：1 1、火車鐵軌、車輪結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、火車鐵軌、車輪結(jié)構(gòu)特點(diǎn)2 2、鐵軌彎道處、鐵軌彎道處-外高內(nèi)低外高內(nèi)低3 3、火車

5、合力與向心力關(guān)系：、火車合力與向心力關(guān)系： mg tan q = m rV24 4、轉(zhuǎn)彎時(shí)要以規(guī)定速度行駛、轉(zhuǎn)彎時(shí)要以規(guī)定速度行駛當(dāng)當(dāng)V VV V限限 時(shí)內(nèi)軌對(duì)內(nèi)輪緣有彈力時(shí)內(nèi)軌對(duì)內(nèi)輪緣有彈力5 5、當(dāng)、當(dāng)V VV V限限 時(shí)外軌對(duì)外輪緣有彈力時(shí)外軌對(duì)外輪緣有彈力qgrtan限限V 我們平時(shí)只見過上凸的拱橋，卻從來沒見過下凹的拱橋，把橋做成上凸的設(shè)計(jì)有什么好處呢？三、汽車過橋三、汽車過橋思考：思考：汽車靜止在橋頂與通過橋汽車靜止在橋頂與通過橋 頂受力情況是否相同？頂受力情況是否相同？ 思思 考：考：汽車過拱橋橋頂?shù)南蛐牧τ善囘^拱橋橋頂?shù)南蛐牧τ墒裁戳μ峁浚ㄊ裁戳μ峁?？（設(shè)橋的半徑為設(shè)橋的半

6、徑為r）分分 析：析：NmgNmgnFNmgmgrvmN2-mgrvm2N=mg1、汽車過凸形橋：、汽車過凸形橋：討討 論：論：汽車過橋時(shí)需要有速度限制嗎？汽車過橋時(shí)需要有速度限制嗎？經(jīng)凸形拱橋最高點(diǎn)時(shí)經(jīng)凸形拱橋最高點(diǎn)時(shí)Nmg當(dāng)當(dāng)N=0N=0時(shí)，時(shí)， 時(shí)，汽車速度達(dá)到最大值，時(shí)，汽車速度達(dá)到最大值，此時(shí)汽車對(duì)橋面無壓力此時(shí)汽車對(duì)橋面無壓力 grv rvmNmgF2nrvmFNmg2n2、汽車過凹形橋：、汽車過凹形橋：汽車靜止在橋底與通過橋汽車靜止在橋底與通過橋 底受力情況是否相同？底受力情況是否相同？思思 考：考：汽車通過橋底時(shí)的向心力汽車通過橋底時(shí)的向心力 由什么力提供？由什么力提供？分分

7、析：析：NmgmgNmgNFnmgNmr）mg（VNrvm2汽車過橋問題總結(jié)：1.汽車過凸形橋頂時(shí)：汽車過凸形橋頂時(shí)： 向心力向心力 速度速度 2.汽車過凹形橋底時(shí)：汽車過凹形橋底時(shí)： 向心力向心力 速度速度因此，凸形橋所受車的壓力更小，穩(wěn)定性更強(qiáng)。 此時(shí)此時(shí) Nmg Nmg Nmg ，速度越大，壓力也越大。，速度越大，壓力也越大。rvmNmgF2nrvmmgNF2n四、解決圓周運(yùn)動(dòng)問題的基本步驟四、解決圓周運(yùn)動(dòng)問題的基本步驟rmF24、牛頓第二定律列方程求解。、牛頓第二定律列方程求解。1、確定研究對(duì)象、確定研究對(duì)象2、確定軌道平面，找出圓心和半徑。、確定軌道平面，找出圓心和半徑。3、受力分析

8、，判斷哪些力提供向心力。、受力分析，判斷哪些力提供向心力。rvmF2rTmF224 小小 結(jié)結(jié)解決圓周解決圓周運(yùn)動(dòng)問題運(yùn)動(dòng)問題關(guān)鍵在于關(guān)鍵在于找出向心找出向心力的來源力的來源 汽車轉(zhuǎn)彎汽車轉(zhuǎn)彎火車轉(zhuǎn)彎火車轉(zhuǎn)彎汽車過橋汽車過橋rmF2rvmF2rTmF224 一質(zhì)量為一質(zhì)量為m m的汽車沿轉(zhuǎn)彎半徑為的汽車沿轉(zhuǎn)彎半徑為40m40m的水平公路面轉(zhuǎn)彎的水平公路面轉(zhuǎn)彎, ,若路面對(duì)車的若路面對(duì)車的最大靜摩擦力為車重的最大靜摩擦力為車重的0.50.5倍，為使倍，為使汽車順利轉(zhuǎn)彎而不發(fā)生滑動(dòng)的車速最汽車順利轉(zhuǎn)彎而不發(fā)生滑動(dòng)的車速最大值是多少？大值是多少？例題例題 1 1：例題例題 2：飛行速度為飛行速度為1

9、00m/s的飛機(jī)在的飛機(jī)在高空沿半徑為高空沿半徑為r=200m的豎直面內(nèi)圓軌的豎直面內(nèi)圓軌道俯沖到最低點(diǎn)時(shí)，道俯沖到最低點(diǎn)時(shí)，m=70kg的飛行的飛行員對(duì)坐椅的壓力是多大？（員對(duì)坐椅的壓力是多大？（g=10m/s2）例題例題 3： 市內(nèi)公共汽車在到達(dá)路口轉(zhuǎn)彎前，車內(nèi)廣播市內(nèi)公共汽車在到達(dá)路口轉(zhuǎn)彎前，車內(nèi)廣播中就要播放錄音：中就要播放錄音：“乘客們請(qǐng)注意，前面車輛轉(zhuǎn)乘客們請(qǐng)注意，前面車輛轉(zhuǎn)彎，請(qǐng)扶好扶手彎，請(qǐng)扶好扶手”，這樣可以（），這樣可以（）、提醒包括坐著、站著的全體乘客拉好、提醒包括坐著、站著的全體乘客拉好扶手以免車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)可能向前傾倒扶手以免車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)可能向前傾倒、提醒包括坐著、站著的全

10、體乘客拉好、提醒包括坐著、站著的全體乘客拉好扶手以免車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)可能向后傾倒扶手以免車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)可能向后傾倒、主要提醒站著的乘客拉好扶手以免車、主要提醒站著的乘客拉好扶手以免車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)可能向軌道外側(cè)傾倒輛轉(zhuǎn)彎時(shí)可能向軌道外側(cè)傾倒、主要提醒站著的乘客拉好扶手以免車、主要提醒站著的乘客拉好扶手以免車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)可能向軌道內(nèi)側(cè)傾倒輛轉(zhuǎn)彎時(shí)可能向軌道內(nèi)側(cè)傾倒例題例題 4 4：質(zhì)量為質(zhì)量為m m的木塊從半徑為的木塊從半徑為R R的的半球形的碗口下滑到碗的最低點(diǎn)的過半球形的碗口下滑到碗的最低點(diǎn)的過程中，如果由于摩擦力的使用使得木程中，如果由于摩擦力的使用使得木塊的速率不變，如圖所示，那么（塊的速率不變，如圖所示，

11、那么（ ） D木塊下滑過程中的加速度木塊下滑過程中的加速度 大小不變，方向始終指向大小不變，方向始終指向 球心球心 A因?yàn)樗俾什蛔?，所以木塊的加速度為零因?yàn)樗俾什蛔?，所以木塊的加速度為零 B木塊下滑過程中所受的合外力越來越大木塊下滑過程中所受的合外力越來越大 C木塊下滑過程中所受的摩擦大小不變木塊下滑過程中所受的摩擦大小不變D例題例題 5：在長(zhǎng)為在長(zhǎng)為L(zhǎng) L的細(xì)繩下拴一質(zhì)量為的細(xì)繩下拴一質(zhì)量為m m的小球，繩的上端的小球，繩的上端固定，使小球在水平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，把它稱為固定，使小球在水平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，把它稱為圓錐擺；圓錐擺；（1 1）小球）小球A A做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力來源是什么做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力來源是什么？（2 2）小球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的角速度）小球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的角速度m例題、一輛質(zhì)量為例題、一輛質(zhì)量為1000kg1000kg的賽車正以的賽車正以 14m/s 14m/s 的速度進(jìn)入一個(gè)圓形跑道的速度進(jìn)入一個(gè)圓形跑道, , 已知跑道半徑為已知跑道半徑為50m,50m,求：求：（2 2）當(dāng)天氣晴朗時(shí)）當(dāng)天氣晴朗時(shí), ,賽車和路面之間賽車和路面之間 的摩擦系數(shù)是