火车转弯问题分析.ppt

§5.7生活中的圆周运动-----------火车转弯问题分析复习：1、向心力的公式？F合=F向3、向心力是否像重力、弹力、摩擦力一样是一种新的性质力吗？2、物体做匀速圆周运动的条件是什么？引入：问题1：水平道路上，自行车转弯时，身体为什么向内倾斜？mgFN问题2：高速公路等规定转弯路段，为什么修成内低外高呢？视频1问题3：火车转弯时，如何实现与汽车和自行车相同的效果呢?视频2FN详细分析火车转弯问题：问题4：假设火车匀速率转弯，它的轨道平面在什么位置？圆心在哪里？半径如何确定？（请同学们一起画出草图）α水平面内低外高问题5：火车受那些力？现在能求出合力吗？FNmgα问题6：火车的向心力指向哪里？问题7：火车的合力与向心力有怎样的关系？FNmgαF合=F向问题8：那么如何用做图法，画出火车的合力？（请同学们一起画出草图）FNmgα问题9：通过图解，如何用相关的物理量来表示F合？FNmgααmgtanαFNsinα或F合=F合=问题10：在这里，向心力用哪一个表达式？请同学们自己列出火车转弯的向心力方程。mgtanα=RV2mV=RgtanαFNmgαmgtanα=RV2mV=Rgtanαα问题11：根据日常观察，火车的车轮和轨道与汽车、自行车有什么不同？火车车轮的结构特点：视频3GFNF转弯时，路基水平的情况：FNmgαmgtanα=RV2mV=Rgtanα火车速度与受力的关系：ααFNFnLhαmgα火车实际受力情景：V=gRtanα当α很小时：tanα≈sinαLgRhV只受重力和支持力两侧均不受挤压安全LgRhV限限定的安全速度问题14：如果火车转弯时VV限，会有什么后果？αFnLhαmgαFN全体讨论：LgRhV限火车弯道车速过大发生侧翻事故全体讨论：问题15：如果火车转弯时VV限，会有什么后果？LgRhV限αFnLhαmgαFN内轨受压磨损内轨对内轮缘有弹力2、当V＜V限时外轨对外轮缘有弹力1、当V＞V限时离心趋势近心趋势总结：外轨受压磨损规定路段，限定速度！！-----对司机的要求LgRhV限θLhα解：2lvhrg=0.14m例题：火车以半径r=900m转弯，火车质量为m=8×105kg，速度为v=30m/s，火车轨距L=1.4m，要使火车通过弯道时仅受重力与轨道的支持力，外轨道应该垫的高度h=？(较小时tan≈sing=10m/s2)FNmgFF=mgtan=mrV2当θ很小时：tan≈sin=hLLgRhV限练习1:火车转弯做圆周运动，如果外轨和内轨一样高，火车能匀速通过弯道做圆周运动，下列说法中正确的是（)A.火车通过弯道向心力的来源是外轨的水平弹力，所以外轨容易磨损B.火车通过弯道向心力的来源是内轨的水平弹力，所以内轨容易磨损C.火车通过弯道向心力的来源是火车的重力，所以内外轨道均不磨损D.以上三种说法都是错误的A把一个小球放在漏斗中，晃动漏斗，可以使小球沿光滑的漏斗壁在某一水平面内做匀速圆周运动。练习2：拓展----类圆锥摆α已知条件：m=0.5Kg,圆周半径r=0.3m,α=370，求小球运动的线速v=?(g=10m/s2)把一个小球放在漏斗中，晃动漏斗，可以使小球沿光滑的漏斗壁在某一水平面内做匀速圆周运动。GFN练习2：拓展----类圆锥摆α已知条件：m=0.5Kg,圆周半径r=0.3m,α=370，求小球运动的线速v=?(g=10m/s2)GFNα把一个小球放在漏斗中，晃动漏斗，可以使小球沿光滑的漏斗壁在某一水平面内做匀速圆周运动。GFN练习2：拓展----类圆锥摆α已知条件：m=0.5Kg,圆周半径r=0.3m,α=370，求小球运动的线速v=?(g=10m/s2)解：小球受力如图：mrV2带入数据，得：V=2m/s此位置的限定速度！mg/tanα=GFNα小结：1、火车铁轨、车轮结构特点2、铁轨弯道处------外高内低3、火车合力与向心力关系：mgtan=mrV24、转弯时要以规定速度行驶当V＜V限时内轨对内轮缘有弹力5、当V＞V限时外轨对外轮缘有弹力LgRhV限