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？,mg,FN,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?,FN,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）,内低,外高,问题5：火车受那些力？现在能求出合力吗？,FN,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？,FN,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）,问题9：通过图解，如何用相关的物理量来表示F合？,mg,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。,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,FN,mg,mg tan=,m,火车速度与受力的关系：,火车实际受力情景：,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？,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？,内轨受压磨损,内轨对内轮缘有弹力,2、当VV限时,外轨对外轮缘有弹力,1、当VV限时,总结：,外轨受压磨损,规定路段，限定速度！-对司机的要求,解：,=0.14m,例题：火车以半径r=900m转弯，火车质量为m=8105kg，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),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,=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。,练习2：拓展-类圆锥摆,已知条件：m=0.5Kg,圆周半径r=0.3m,=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。,练习2：拓展-类圆锥摆,已知条件：m=0.5Kg,圆周半径r=0.3m,=370，求小球运动的线速v=?(g=10m/s2),解：小球受力如图：,带入数据，得：V=2m/s,此位置的限定速度！,mg/tan=,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：,4、转弯时要以规定速度行驶,当VV限 时内轨对内轮缘有弹力,5、当VV限 时外轨对外轮缘有弹力,谢谢！,