《向心力的实例分析》ppt课件

向 心 力 的 实 例 分 析 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，我们通过圆周运动实例--“汽车火车转弯”的 分析来解决如何避免上述事件的发生。 1 复习提问，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圆周运动，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 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、 牵引力 支持力、 重力、 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： ， ｖ0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θ ，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 θ =m r V2 V= gr tanθ （弯道设计速度） N 外高 内低 O F向 θ G θ 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？ 向心力由外侧轨道对车轮轮缘的挤压力提供. N G FN 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 挤压力 θ( θ 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 θ( θ L H 又因为θ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 ... ...