《向心力的实例分析》(教学)课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,向,心,力,的,实,例,分,析,高中新课标物理课件,主讲教师 杨文华,本节课的,学习目标,1,、知道,向心力,是物体,沿半径方向,所受的合外力提供的。,2,、知道,向心力、向心加速度的公式,也适用于变速圆周运动。,3,、会在具体问题中分析,向心力的来源，并进行有关计算。,图片观察,图片观察,交通运输部新闻发言人何建中表示，,7,月上中旬有,4,个桥相继垮塌，交通运输部门会同有关部门正在进行调查取证和分析，桥梁垮塌事故的原因也将公布。在几次事故中，超载多成为,“压垮”,桥梁的“祸首”。,（一,),公路载客汽车不得,超过核定的载客人数，,但按照规定免票的儿童除外，在载客人数已满的情况下，按照规定免票的儿童不得超 过核定载客人数的,10%,；,(,二,),载货汽车车厢不得载客,。在城市道路上，货运机动车在留有安全位置的情况下，车厢内可以附载临时作业人员,1,人至,5,人；载物高度超过车厢栏板时，货物上不得载人；,(,三,),摩托车后座不得乘坐未满,12,周岁的未成年人，轻便摩托车不得载人。,违规装载规定：,这些惨重事件和沉痛教训与我们这节课即将学习的内容息息相关，今天，我们通过两种圆周运动实例,-“,汽车、火车转弯”和“汽车过拱桥”,的,分析,来解决如何,避免,上述事件的发生。,或：,F=m,v,2,r,F=mr,2,向心力：,大小：,方向：沿半径指向圆心。是变力。,特点：,F V,方向不断变化。,来源：,重力、弹力、摩擦力或几个力的合力。,课 堂 小 结,复习,1,提问，匀速圆周运动的物体受到向心力,向心力是怎样产生的,？,例如：,（,1,）绳拉物体做匀速圆周运动，,绳的拉力提供向心力,（,2,）物体随水平圆盘做匀速周围运动，,静摩擦力提供向心力,小结：向心力是由物体实际受到的,一个力,或,几个力的合力,提供的,分析和解决匀速圆周运动的问题，关键是要把,向心力的来源,搞清楚。,向心力是按效果命名的力，并不是一种新性质的力，受力分析时绝,不能额外,加上一个,向心力。,下面让我们从分析向心力角度进一步研究几个实例：,实例,1,汽车拐弯,（水平面内的圆周运动）,让我们一起来看汽车拐弯,大货车拐弯直接翻车,.f4v,（,翻车视频,.f4v,）,如图,汽车为什么,没能安全拐弯,呢？,影响汽车能否安全拐弯的,因素又有哪些,呢？,请同学们用学过,物理知识,来分析一番,汽车拐弯时,受力分析,汽车受到的力有：,F,摩,F,牵,向心力由沿转弯半径指向里面的,静摩擦力,提供,由谁来,提供向心力,摩擦力,f,、,牵引力,F,牵,支持力,N,、,重力,G,、,圆心方向,那圆周运动需要的,向心力与哪些因素有关,？,F,向,=,汽车拐弯其中向心力由沿转弯半径指向里面的,静摩擦力,提供,其动力,学方程为：,如果要让汽车,安全拐弯,需要满足怎样的关系？,静摩擦力可以无限制增大吗？,汽车没能安全拐弯的原因是什么？,是因为汽车,速度太大,，因而需要的向心力太大，或者说静摩擦力提供的向心力不够大。,那在怎样的情况下汽车恰好能安全拐弯呢？,最大静摩擦力等于拐弯所需要的向心力时有：,，,0,为临界速度,那么，在,不改变汽车行驶速度,的情况下，要让汽车安全拐弯，我们可以,怎么办,？,增大,摩擦因数,U,，,减小汽车质量，真的可以转危为安吗？,，,等式两边,质量,可以消去，即与质量无关。,增大,转弯半径,R,，,还是减小,汽车质量,M,。,刚才我们根据摩擦力提供向心力分析了汽车拐弯的安全问题，,有没有办法,让其他力来提供向心力呢？,G,N,让路面倾斜,可以增加拐弯的安全性。,受力如图，重力和支持力的合力来提供向心力,F,合,安全弯道设计：,路面倾斜,例,1,.,汽车质量为,m,路面倾角为,，转弯半径为,r,若要使汽车在转弯时地面对其侧向,静摩擦力为零,，且汽车近似做匀速圆周运动，求汽车转弯时,向心力,的大小以及转弯时的,速度,。,F,向,=mg,tan,=m,r,V,2,V=,gr,tan,（弯道设计速度）,N,外高,内低,O,F,向,G,火车,是当今社会的重要交通工具之一,实例,2,火车转弯,你有仔细观察过火车车轮与铁轨的构造，并描述它们的特点？,轮缘半径大于车轮半径,，轨道将两车轮的轮缘卡在里面。,弊端分析,火车水平转弯时,情况分析,F,由,外侧轨道,对,车轮轮缘的,挤压力,F,提供,1.,如果铁路弯道是,水平,的，那么火车拐弯时将会出现什么情况？,外侧轨道,向心力由外侧轨道对车轮轮缘的,挤压力,提供,.,N,G,F,N,危害：,由于火车质量大，速度也大，,车轮轮缘对外侧轨,压力大，所以对轨道容易造成损坏，怎样解决这一问题。,2,、外轨略高于内轨,增大转弯半径,R,还是减火车质量,M,。,受力如图：,G,N,F,合,向心力由重力和支持力的合力来提供,那么减小或不受轮缘对外轨 的挤压,挤压力,(,L,H,设车轨间距为,L,，,两轨间高度差为,H,，,转弯半径为,R,，,质量为,M,的火车运行。,据三角形边角关系：,对火车受力情况分析：重力和支持力的合力提供向心力，对内外轨都无压力,(,L,H,又因为,很小所以,综合有,故,又,所以,实际中，铁轨修好后,H,、,R,、,L,定，又,g,给定值，所以火车拐弯时的,车速为一定值,。,思考：,可是现实中，铁路建造完工后，倾斜角和转弯半径,R,就已确定，因此要使外轨不受轮缘的挤压，,火车以多大速度,转,弯最理想呢？,F,q,q,如果能根据转弯半径,R,和火车速度,V,来设计内、外轨高度差或倾斜角，使转弯时所需要的向心力刚好由重力和支持力的合力来提供，那么外轨就不再受轮缘的挤压，从而可以大大延长使用寿命。请同学们写出这种情况下牛顿第二定律的表达式？,。,受力分析如图：,N,F,mg,q,q,最理想,转,弯速度,所以每一次火车提速，对铁轨弯道重新设计或者重新修铁路,例,1.,铁路转弯处的圆弧半径是,300m,轨距是,1435mm,规定火车通过这里的速度是,72km/h,内外轨的,高度差,应该是多大,才能使外轨不受轮缘的挤压,?,保持内外轨的这个高度差,如果车的速度大于或小于,72km/h,会分别发生什么现象,?,说明理由,.,那么，火车如果不是按此速度行驶，会怎么样呢？,讨论和交流,外轨产生弹力起辅助作用；,内轨产生弹力起辅助作用。,据报道：今年,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，这必将为我国的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,?,实例,3,竖直面内的圆周运动,生活中我们经常会看到美丽的拱形桥，而很少见到凹形桥，那拱形桥有哪些优点呢？,拱形桥可以让更大的船只通过，利于通航。,发洪水的时候，拱形桥在相同的时间内可以流过更多的水，利于泄洪。,更加坚固、美观。,汽车过桥问题,黄石长江大桥,1、平面桥,N=mg,对桥的压力等于车重,受力如图：,G,N,求汽车以速度,v,过半径为,r,的拱桥时对拱桥的压力？,N,G,2、汽车过拱桥,汽车做什么运动？什么力作向心力？,受力分析如图,根据上面的分析可以看出，汽车行驶的速度越大，汽车对桥的压力越小。,一、汽车过桥问题,汽车过拱桥最高点时,（,2,）当,时,N=0.,临界速度,（,1,）当,时，,NG,，失重，,v,越大，,N,越小,（,3,）当 时，物体做,_,平抛,_,运动,.,汽车将脱离桥面，,发生危险。,例一、质量为,m,的汽车以恒定的速率,v,通过半径为,r,的拱桥，如图所示，求汽车在桥顶时对路面的压力是多少？,解：汽车通过桥顶时，受力情况如图。,汽车通过桥顶时：,G,N,h,由,牛顿第三定律：,O,r,注意,:,汽车过桥的速度不得太大,否则,N,将消失,汽车将,飞离桥面,.,例题,3,、质量是,1,10,3,kg,的汽车驶过一座拱桥，已知桥顶点桥面的圆弧半径是,90m,，,g=10m/s,2,。,求：,（,1,),汽车以,15 m/s,的速度驶过桥顶时，汽车对桥面的压力；,（,2,）汽车以多大的速度驶过桥顶时，汽车对桥面的压力为零？,3.,求汽车过,凹形路段,最低点时对路面的压力？,N,G,【,解,】,G,和,N,的合力提供汽车做圆周运动的向心力，由牛顿第二定律得：,可见汽车的速度越大对桥的压力越大。,汽车 对桥的压力自身重力,属超重现象,解得：,由,牛顿第二定律：,G,h,N,N,拓展,:,汽车以恒定的速率,v,通过半径为,r,的凹型桥面，如图所示，求汽车在最底部时对桥面的压力是多少？,解：汽车通过底部时，受力情况如图。,小节,:,此问题中出现的汽车对桥面的压力大于或小于车重的现象，是发生在圆周运动中的超重或失重现象,比较三种桥面受力的情况,F,N,=G,小节,:,此问题中出现的汽车对桥面的压力大于或小于车重的现象，是发生在圆周运动中的超重或失重现象,日常生活中，当你骑自行车快速通过凹凸不平的路面时，不知道你有没体会到过与平路不一样的感觉？有时感觉飘起来，有时屁股震得好痛。,通过这堂课的学习，你学到了什么？,