火车转弯问题分析

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,*,单击此处编辑母版标题样式,*,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？,mg,F,N,问题,2,：,高速公路等规定转弯路段，为什么修成内低外高呢？,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,?,F,N,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）,水平面,内低,外高,问题,5,：,火车受那些力？现在能求出合力吗？,F,N,mg,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？,F,N,mg,F,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）,mg,F,N,问题,9,：,通过图解，如何用相关的物理量来表示,F,合,？,mg,mg,tan,F,N,sin,或,F,合,=,F,合,=,F,N,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。,mg,tan,=,R,V,2,m,V=,Rg,tan,F,合,=F,向,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：,水平路基上转弯：,（,1,）此时火车车轮受三个力：重力、支持力、外轨对轮缘的弹力。,（,2,）外轨对轮缘的弹力提供向心力。,（,3,）由于该弹力是由轮缘和外轨的挤压产生的，且由于火车质量很 大，故轮缘和外轨间的相互作用力很大，易损害铁轨。,11,F,N,mg,mg,tan,=,R,V,2,m,V=,Rg,tan,火车速度与受力的关系：,F,N,F,合,L,h,mg,火车实际受力情景：,V=,gR,tan,当,很小时：,tan,sin,只受重力和支持力,两侧均不受挤压,安全,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？,F,合,L,h,mg,F,N,全体讨论：,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,V V,限,，会有什么后果？,F,合,L,h,mg,F,N,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,总结：,外轨受压磨损,规定路段，限定速度！,-,对司机的要求,L,h,解：,=0.14m,例题：,火车以半径,r=,900m,转弯，火车质量为,m=8,10,5,kg,，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/s,2,),F,N,mg,F,F=mg tan,=,m,r,V,2,当,很小时：,tan,sin,=,h,L,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,已知条件：,m=0.5Kg,圆周半径,r=0.3m,=37,0,，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。,G,F,N,练习,2,：拓展,-,类圆锥摆,已知条件：,m=0.5Kg,圆周半径,r=0.3m,=37,0,，求小球运动的线速,v=?(g=10m/s2),G,F,N,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。,G,F,N,练习,2,：拓展,-,类圆锥摆,已知条件：,m=0.5Kg,圆周半径,r=0.3m,=37,0,，求小球运动的线速,v=?(g=10m/s2),解：,小球受力如图：,m,r,V,2,带入数据，得：,V=2m/s,此位置的限定速度！,mg/tan=,G,F,N,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：,mg tan,=,m,r,V,2,4,、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,谢谢！,