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1、6.4 生活中的圆周运动课本P35轨道与火车转弯：轨道与火车转弯：问题：火车转弯时做匀速圆周运动，向心力由谁问题：火车转弯时做匀速圆周运动，向心力由谁来提供？火车转弯时有什么要求？来提供？火车转弯时有什么要求？一一.转弯问题转弯问题1.火车转弯火车转弯内侧轨道内侧轨道外侧轨道外侧轨道水平线水平线课本P35火车在弯道处行驶时，速度有要求吗？火车车轮与铁轨的构造火车车轮与铁轨的构造 G外轨外轨内轨内轨FN外轨外轨对轮缘的对轮缘的弹力弹力提供向心力提供向心力思考：思考：靠这种办法得到的向心力缺点是什么？靠这种办法得到的向心力缺点是什么？如何解决这一实际问题？如何解决这一实际问题？OF如果将火车转弯近
2、似处理成匀速圆周运动分析，如果将火车转弯近似处理成匀速圆周运动分析，向心力来源：向心力来源：内外轨道一样高时让外轨高于内轨（外轨建高）解决方案：解决方案：一、火车转弯一、火车转弯火车转弯时认为在水平面做圆周运动，火车转弯时认为在水平面做圆周运动，轨迹圆心在水平面内轨迹圆心在水平面内。1.火车运动轨迹分析火车运动轨迹分析铁路的弯道外轨高于内轨1.火车运动轨迹分析火车运动轨迹分析h正确正确错误错误轨迹圆心在水平面内轨迹圆心在水平面内。一品P56FNGOF合合铁路的弯道外轨高于内轨2、受力分析、受力分析F合合mg tan提供火车转提供火车转弯时所需的弯时所需的向心力向心力FnhFNGOF合合铁路的弯
3、道外轨高于内轨F合合mg tanF合合 Fn提供火车转弯提供火车转弯时所需的向心时所需的向心力力讨论：讨论：如果火车在转弯处的速度不等于规定的如果火车在转弯处的速度不等于规定的 速度会发生怎样的情况？速度会发生怎样的情况？mg tan=mv2Rv gR tan 3、求解线速度、求解线速度hGFN轮缘受到轮缘受到外轨外轨向内的弹力向内的弹力GFNFNFN轮缘受到轮缘受到内轨内轨向外的弹力向外的弹力1.1.当火车行驶速率当火车行驶速率VVVV规定规定时时2.2.当火车行驶速率当火车行驶速率VVVV规定规定时时mg tan=mv2Rv gR tan 火车转弯h水平面内的匀速圆周运动举一反三 构建模型
4、火车转弯水平面内的圆周运动FNGOF合合FTGOF合合FGOF合合FGOFx=F合合F合Fy情景二：拱形桥与凹形桥情景二：拱形桥与凹形桥比较相同的汽车以相同的速度驶过两种不同的桥面，比较相同的汽车以相同的速度驶过两种不同的桥面，哪种桥面受的哪种桥面受的压力大？压力大？（设车的质量为设车的质量为 m m，桥面半径为，桥面半径为 r r，此时速度为，此时速度为 v v）拱形桥最高点：拱形桥最高点：凹形桥最低点：凹形桥最低点：FNrGFNOrmg解解:由牛顿第二定律由牛顿第二定律:超重失重汽车在拱形桥汽车在拱形桥恰好恰好发生发生“飞车飞车”的条件：的条件：FN=0由由得，当得，当时时（半径越大的桥越
5、不易飞车，因为临界速度大，包容性强）（半径越大的桥越不易飞车，因为临界速度大，包容性强）此后车离开桥面，做平抛运动，离开桥面，做平抛运动，直至落回水平地面。地球可以看做一个巨大的拱形桥，桥面的半径就是地球的半径地球可以看做一个巨大的拱形桥，桥面的半径就是地球的半径R R。地面上有一辆车在行驶重量是地面上有一辆车在行驶重量是G=mg,G=mg,地面对它的支持力是地面对它的支持力是F FN N.会不会不会出现这样的情况：速度大到一定程度时，地面对车的支持力是会出现这样的情况：速度大到一定程度时，地面对车的支持力是零？这时驾驶员与座椅之间的压力是多少？零？这时驾驶员与座椅之间的压力是多少？.思考讨论
6、思考讨论r RO 以绕地球做匀速圆周运动的宇宙飞船为例，当飞船距地面以绕地球做匀速圆周运动的宇宙飞船为例，当飞船距地面高度为高度为100 200 km 时，它的轨道半径近似等于地球半径时，它的轨道半径近似等于地球半径R，航天员受到的地球引力近似等于他在地面受到的重力航天员受到的地球引力近似等于他在地面受到的重力mg。三、航天器中的失重现象三、航天器中的失重现象R=6400km航天器航天器mgFNFN=0航天员处于完全失重状态中的失重现象中的失重现象对飞船：对飞船：对宇航员：对宇航员：四、离心运动四、离心运动离心现象离心现象 做圆周运动的物体，由于惯性，总有沿着切线方做圆周运动的物体，由于惯性，
7、总有沿着切线方向飞出去的趋势。但是物体没有飞出去，这是因为向飞出去的趋势。但是物体没有飞出去，这是因为有有其他力提供的向心力在拉着它其他力提供的向心力在拉着它，使它与圆心的距离保，使它与圆心的距离保持不变。一旦提供的持不变。一旦提供的向心力突然消失向心力突然消失，物体就会沿，物体就会沿切切线方向线方向飞出去。飞出去。四、离心运动四、离心运动供需关系图供需关系图 =提提提物体沿切线方向沿直线飞出；物体沿切线方向沿直线飞出；物体做离心运动，逐渐远离圆心；物体做离心运动，逐渐远离圆心；物体做圆周运动；物体做圆周运动；提物体做近心运动，逐渐靠近圆心。物体做近心运动，逐渐靠近圆心。F 是由指向圆心的是由
8、指向圆心的合力合力来充当来充当，可以是重力、拉力、摩擦力等；，可以是重力、拉力、摩擦力等；提提F 是由物体的运动速度来决定的是由物体的运动速度来决定的，即：，即：需需需需F合合Fn:供不应求供不应求,离心而去离心而去.F合合=Fn:供求相当供求相当,圆周运动圆周运动.F合合Fn：供大于求：供大于求,向心而来向心而来.4、离心运动的应用和防止（1）离心运动的应用洗衣机脱水时利用离心运动把附着在物体上的水分 甩掉；纺织厂也用这样的方法使棉纱、毛线、纺织品干燥。洗衣机脱水医务人员用离心机分离血液借助离心机，医务人员可以从血液中分离出血浆和红细胞棉花糖的制作小朋友爱吃的“棉花糖”它的制作方法也应用了离心运动的原理。离心运动的危害离心运动的危害在水平公路上行驶的汽车转弯时静摩擦力提供汽车转弯时的向心力，如果转弯时速度过大，Fmaxmv2/r，汽车将做离心运动而造成事故，因此，在公路弯道，车辆不允许超过规定的速度。四、离心运动四、离心运动v汽车Fmaxmv2/ro高速旋转的飞轮、砂轮的限速对于一些本身转动的物体也要预防离心现象例如：高速转动的砂轮、飞轮等，都不得超过允许的最大转速。转速过高时，砂轮、飞轮内部分子间的相互作用力不足以提供所需向心力，离心运动会使它们破裂，酿成事故。高速转动的砂轮多谢欣赏！