六、匀速圆周运动的实例分析

1 / 5 六、匀速圆周运动的实例分析 六、匀速圆周运动的实例分析 年月日（正页） 课程六、匀速圆周运动的实例分析课时 教学 目的 1、知道如果一个力或几个力的合力的效果是使物体产生向心加速度，这个力就是向心力。 2、知道向心力和向心加速度公式也试用于变速圆周运动，并会求解这两个物理量。 重难点 1、具体问题具体分析，理论联系实际； 2、临界问题的分析、讨论。 教学方法课型新授课教学过程及时间 教学内容及板书设计 复习提问： 匀速圆周运动的物体受到向心力，分析以下问题中向心力是怎样产生的？ 1、 如图，物体随水平圆盘做匀速圆周运动 学生回答 ：静摩擦力提供向心力。 2、如图，绳拉物体做匀速圆周运动 学生回答 ：重力与绳的拉力的合力提供向心力。 教师小结：通过以上例子可以看出，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，是按力的 2 / 5 作用效果命名的力。 下面我们进一步研究一下向心力在生活中的几个实例： 一、火车转弯 提出问题并引导学生讨论： 1、火车匀速直线运动和匀速转弯是否同种状态？ 学生回答 ：匀速直线运动时 F 合 0 匀速转弯时 F 合 0 2、火车转弯时所需的向 心力是如何产生的？ 引导学生讨论： （ 1）内外轨一样高 在竖直方向上，火车受到的重力 G 与支持力 FN 相平衡，外侧车轮的轮缘挤压外轨，使外轨发生弹性形变，外轨对轮缘产生弹力作用。可见，当内外轨一样高时，外轨对轮缘的弹力就是使火车转弯的向心力。由于火车质量很大，在这种情况下，铁轨和轮缘都易被破坏。 （ 2）外轨高于内轨 （学生进行受力分析） 中学教案纸 3 / 5 年月日（副页） 教师引导：由于支持力 FN不再竖直向上， FN与 G 的合力提供向心力，从而减轻了轮 缘与外轨的挤压。 提出问题，那么这种挤压能不能减小到零呢？如果能应满足什么条件？ 设上图中的斜面倾斜角为 ，转弯半径为 r，那么火车以多大速度转弯时，外轨不再挤压轮缘？ 学生讨论并回答 火车受到的支持力和重力的合力水平指向圆心，成为火车转弯的向心力。 由图可知： F=mgtan=m v0=grtan 这个速度即为火车转弯时的最佳情况。 引导学生回答： 当 v=v0时，内外轨均不受侧向挤压力。 当 v v0时，出现什么情况？ 学生回答 ：外轨受侧向挤压的力。（向心力增大，外轨提供一部分力） 当 v v0时呢？ 学生回答 ：外轨受侧向挤压的力。（这是向心力减小，内轨提供一部分力） 问：生活中还有哪些实例与这一类型相同？ 4 / 5 学生举例 ：汽车转弯、自行车转弯等 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多大，才能使外轨不受轮缘的挤压？如果车速大于或小于72km/h 会有什么现象发生？说明理由。 解：火车转弯时所需的向心力由重力和支持力的合力提供。 F=mgtan=mv/r tan=v/gr 近似认为 tan=sin=h/d 带入上式： h/d=v/rg h=vd/rg=（ 20 ） /（ 300 ） = 二、汽车过拱桥 提出问题并引导学生讨论： 1、汽车静止在桥顶与通过桥顶时的状态是否相同？ 学生回答 ：不同。静止是平衡状态 F 合 0 通过桥顶时是曲线运动 F 合 0 作业：教学过程及时间 课后小结： 中学教案纸 5 / 5 年月日（副页） 2、汽车过拱桥桥顶时的向心力是如何产生的？ 设汽车通过桥顶时速度为 v，拱桥半 径为 r. 学生进行受力分析并讨论： mg-FN=m FN=mg-m 由分析可知：当汽车以速度 v 通过桥顶时， FN mg，汽车处于失重状态。这也是桥一般做成拱形的原因。 当汽车速度 v=rg时， FN=0