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5.7 生活中的圆周运动生活中的圆周运动5.7 生活中的圆周运动一一.火车转弯问题火车转弯问题一.火车转弯问题思考与讨论：在平直轨道上匀速行驶的火车受几个力在平直轨道上匀速行驶的火车受几个力的作用？这几个力的关系如何？的作用？这几个力的关系如何？思考与讨论：在平直轨道上匀速行驶的火车受几个力的作用？这几个轮缘轮缘火车车轮的构造轮缘火车车轮的构造思考与讨论：1、火车转弯时是在做什么运动？、火车转弯时是在做什么运动？2、是什么力提供向心力？、是什么力提供向心力？思考与讨论：1、火车转弯时是在做什么运动？2、是什么力提供向G外轨外轨内轨内轨FN外轨对轮缘的弹力提供向心力外轨对轮缘的弹力提供向心力铁路的弯道若内外轨一样高思考：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？OFG外轨内轨FN外轨对轮缘的弹力提供向心力铁路的弯道若内外铁路的弯道解决方案解决方案铁路的弯道解决方案铁路的弯道外轨高于内轨方案剖析方案剖析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方案剖析火车运动轨迹分析FNGOF合合铁路的弯道外轨高于内轨方案剖析方案剖析1、受力分析、受力分析F合合mg tan2、速度分析、速度分析v gR tan F合合 Fn火车转弯时所火车转弯时所需的向心力需的向心力Fn=m v2R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？FNGOF合铁路的弯道外轨高于内轨方案剖析1、受力分人教版高一物理必修二-52 2、当当 v gR tan 时时：1 1、当当 v gR tan 时时：GFN轮缘受到外轨向内的弹力轮缘受到外轨向内的弹力GFNFF轮缘受到内轨向外的弹力轮缘受到内轨向外的弹力铁路的弯道外轨高于内轨挤压轮缘分析挤压轮缘分析OO2、当 v gR tan 时：1、当 v gR t赛道转弯1、赛车道转弯处的特点、赛车道转弯处的特点？2、为何要这样设计？、为何要这样设计？赛道转弯1、赛车道转弯处的特点？2、为何要这样设计？水平公路转弯什么力提供向心力水平公路转弯什么力提供向心力F压压FNmg水平桥水平桥拱形桥拱形桥凹形桥凹形桥二.汽车过桥问题F压FNmg水平桥拱形桥凹形桥二.汽车过桥问题解解:汽车通过拱形桥顶时汽车通过拱形桥顶时,受力如图受力如图:mgFNOr由牛顿第二定律由牛顿第二定律:由牛顿第三定律由牛顿第三定律:当汽车通过桥顶时的速度逐渐增大时当汽车通过桥顶时的速度逐渐增大时FN 和和 FN会怎样变化会怎样变化?FfF汽车失重汽车失重还是超重还是超重？解:汽车通过拱形桥顶时,受力如图:mgFNOr由牛顿第二定律地球可以看做一个巨大的拱形桥地球可以看做一个巨大的拱形桥,桥面的半径就是桥面的半径就是地球的半径。会不会出现这样的情况地球的半径。会不会出现这样的情况:速度大到速度大到一定程度时一定程度时,地面对车的支持力为零地面对车的支持力为零?这时驾驶员这时驾驶员与座椅之间的压力是多少与座椅之间的压力是多少此时此时: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。会不 拓展拓展:质量为质量为m的汽车以恒定的速率的汽车以恒定的速率v通过半通过半径为径为r的凹形桥面的凹形桥面,如图所示如图所示,求汽车在最低点求汽车在最低点时对桥面的压力是多大时对桥面的压力是多大?解解:汽车通过底部时汽车通过底部时,受力如图受力如图:GFN由牛顿第二定律由牛顿第二定律:当汽车通当汽车通过桥最低点过桥最低点时的速度逐渐增大时时的速度逐渐增大时 FN和和FN怎样变化怎样变化?由牛顿第三定律：由牛顿第三定律：FFf汽车失重汽车失重还是超重还是超重？拓展:质量为m的汽车以恒定的速率v通过半径为r的凹形桥面,比较三种桥面受力的情况比较三种桥面受力的情况FN =GGFNGGFNFN比较三种桥面受力的情况FN =GGFNGGFNFN2 2、汽车过桥汽车过桥1 1、铁路的弯道、铁路的弯道F合合mg tanFn=m v2Rv gR tan 凹形桥：凹形桥：超重超重v2RF压压mg+m 拱形桥：拱形桥：失失重重 v2RF压压mgm课堂小结：水平面圆周运动水平面圆周运动竖直面圆周运动竖直面圆周运动2、汽车过桥1、铁路的弯道F合mg tanFn=m
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