火车、汽车转弯问题 PPT
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汽车火车转弯分析共19页文档
f
弯需要的向心力？
结 论：
mg
地面对汽车的摩擦力提供 了汽车转弯的向心力
思 考：
v2 f m
r
如果你是一名司机，过弯时需要 注意什么？
弯道限速
二、火 车 转 弯
思 考：
火车转弯时什么 力提供向心力？
F
1、若内外轨等高，外
轨对轮缘的侧压力
F
提供向心力
火车转弯轨道
外侧轨道高于内侧轨道
高速列车
2、火车转弯的向心力由什么力提供呢？
谢谢！
mg
mgNmv2 r
讨 论：
汽车过桥时需要有速度限制吗？
N
经凸桥最高点时
mgNmv2
mg
r
当 v gr时，汽车对桥面无压力．
2、汽车过凹形桥：
思 考：
分 析：
V
汽车静止在桥底与通过桥
底受力情况是否相同？
mg
N
汽车通过桥底时的向心力 由什么力提供？
mg
讨 论：
汽车过凹形桥时桥时有限速吗？
v2
N
N
q
F
mg
q
向心力由支 持力和重力 的合力提供
思考：火车以多大速度 过弯最理想呢？
分析：
mgtanqmv2
r
即 v2rgtaqn
即v rgtaqn
N
q
F
mg
q
三、汽车过桥 1、汽车过拱形桥：
黄石长江大桥
思 考：
分 析：
N
汽车静止在桥顶与通过桥
mg
顶受力情况是否相同？
汽车过拱桥桥顶的向心
N
力由什么力提供？
解决圆周 运动问题 关键在于 找出向心 力的来源
6.4 生活中的圆周运动-课件-2023学年高一下学期物理人教版(2019)必修第二册
2、质量为m的航天员： 航天员的重力提供向心力。
mg m v2 R
Mg M v2 R
v gR
航天员处于完全失重状态
3、航天器内的任何物体都处于完全失重状态，但并不是物体
不受地球引力，正因为受到地球引力的作用，才使航天器连
同其中的乘员做匀速圆周运动。
三、航天器中的失重现象
➢巩固提升 例3、（多选）2013年6月11日至26日，“神舟十号”飞船圆 满完成了太空之行，期间还成功进行了人类历史上第二次太 空授课，女航天员王亚平做了大量失重状态下的精美物理实 验。如图所示为处于完全失重状态下的水珠，下列说法正确 的是（ AC ） A.水珠仍受重力的作用 B.水珠受力平衡 C.水珠所受重力等于所需的向心力 D.水珠不受重力的作用
外轨对轮缘有侧压力。
F
当火车行驶速率v<v规定时，
内轨对轮缘有侧压力。
G
一、火车转弯
问题6：除了火车弯道 具有内低外高的特点 外，你还了解哪些道 路具有这样的特点？
汽车、摩托车、自行 车赛道的弯道，高速 公路的拐弯处
一、火车转弯
➢梳理深化
1、明确圆周平面：火车转弯处的铁轨，虽然外轨高于内轨，但 整个外轨是等高的，整个内轨是等高的。因而火车在行驶的过程 中，中心的高度不变，即火车中心的轨迹在同一水平面内。故火 车的圆周平面是水平面，而不是斜面。即火车的向心加速度和向 心力均沿水平面指向圆心。 2、向心力来源：在铁路的弯道处，内、外铁轨有高度差，火车 在此处依规定的速度行驶，转弯时，向心力几乎完全由重力G和
问题2：当汽车以上述速度行驶时，驾驶员对座椅的压力为
多大？此时驾驶员处于什么状态？（“超重”、“失重”
或“完全失重” ）
完全失重
火车转弯
引导探究
火车转弯： 火车车轮的构造
火车车轮有 突出的轮缘
高一物理组（physics)
(1)内外轨道一样高时转弯
FN
火车车轮受三个力： 重力、支持力、外 轨对轮缘的弹力.
G
怎么办? F
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, 易损坏铁轨.
"供需"平衡 物体做匀速圆周运动 从"供""需"两方面研究做圆周运动的物体
高一物理组（physics)
7
生活中的圆周运动
高一物理组（physics)
目标引领
1.知道火车转弯时的运动特点以及铁路弯 道的特点
2.会分析火车转弯时受力情况，会确定向 心力来源
高一物理组（physics)
独立自学
• 一、铁路的弯道 • 1．火车转弯时实际是在做圆周运动，因 向心 力． 向心加速度 而具有__________ ，需要__________ • 2．如果转弯处内外轨一样高，则由 外轨对轮缘的弹力 提供向心力，这样铁 __________________ 轨和车轮极易受损．
2
高一物理组（physics)
某司机驾车在丽龙高速出口,通过水平转盘时出了车 祸。讨论其原因,交通部门有责任么?如果你是公路的 设计师,请提出你的道路改进措施?
转弯处的路面内低 外高!
FN
Ff
G
高一物理组（physics)
引导探究
——汽车转弯
汽车在水平地面上转弯是什么 力提供向心力的呢?
FN Ff
v2L 202×1.435 所以内外轨的高度差为 h＝ rg ＝ m＝0.195m. 300×9.8
火车转弯课件
于72km/h，会分别发生什么现象？说明理由。
N
h
d
F向心
G
h是内外轨高度差， d是轨距
解：火车在转弯时所需的向心力由火车所 受的重力和轨道对火车支持力的合力提供， 如图所示：
N
F向心力
mg
tan
m
v2 r
tan v2
h
d
F向心
gr
有： h v2 d gr
说明：由于a 太小，可以 近似有：
tana=Sina
tan Sin h
d
G
得： h v2d 0.195m来自h是内外轨高度rg
差，d是轨距
微课
高中物理必修二
火车转弯
阜阳三中 236000 王锋
火车转弯
在平直轨道上匀速行驶的火车受几个力作用？这几 个力的关系如何？
那么火车转弯时情况会有何不同呢？画出受力 示意图，并结合运动情况分析各力的关系。
N
N F向
G G
（1）若内外轨道一样高
向心力的来源： 由铁轨外轨和外轮缘之间互相挤压而产
生的弹力提供向心力。
F
后果会怎样？ 铁轨容易损坏，
轨缘也容易损坏.
(2) 外轨略高于内轨
火车受力
竖直向下的重力 G 垂直轨道面的支持力 N
向心力来源
由G和N的合力提供 h
N
F
G
Fn mg tan
例题
（1）如图所示，知火车
内外轨道高度差h, 两轨间
距L,转弯半径R,车轮对内
外轨都无压力,质量为M的
火车运行的速率应该多大?
方向如何?
(3)当火车的速度v3=20m/s时,轨道何处受侧压力?
方向如何?
N
h
d
F向心
G
h是内外轨高度差， d是轨距
解：火车在转弯时所需的向心力由火车所 受的重力和轨道对火车支持力的合力提供， 如图所示：
N
F向心力
mg
tan
m
v2 r
tan v2
h
d
F向心
gr
有： h v2 d gr
说明：由于a 太小，可以 近似有：
tana=Sina
tan Sin h
d
G
得： h v2d 0.195m来自h是内外轨高度rg
差，d是轨距
微课
高中物理必修二
火车转弯
阜阳三中 236000 王锋
火车转弯
在平直轨道上匀速行驶的火车受几个力作用？这几 个力的关系如何？
那么火车转弯时情况会有何不同呢？画出受力 示意图，并结合运动情况分析各力的关系。
N
N F向
G G
（1）若内外轨道一样高
向心力的来源： 由铁轨外轨和外轮缘之间互相挤压而产
生的弹力提供向心力。
F
后果会怎样？ 铁轨容易损坏，
轨缘也容易损坏.
(2) 外轨略高于内轨
火车受力
竖直向下的重力 G 垂直轨道面的支持力 N
向心力来源
由G和N的合力提供 h
N
F
G
Fn mg tan
例题
（1）如图所示，知火车
内外轨道高度差h, 两轨间
距L,转弯半径R,车轮对内
外轨都无压力,质量为M的
火车运行的速率应该多大?
方向如何?
(3)当火车的速度v3=20m/s时,轨道何处受侧压力?
方向如何?
火车拐弯
创新微课
v过大时:外侧轨道与轮 之间有弹力
v过小时:内侧轨道与轮 之间有弹力
同学，下节再见
火车拐弯
铁路的弯道
θ很小时,sinθ≈tanθ
(2) 外轨高内轨低时转弯
N
mg tan m v2
r
mg sin m v2
r
mg
h
v2 m
Lr
此为火车转弯 时的设计速度
G
h
θ
v ghr L
思考:
(1)如果v行驶>v设计,情况如何? (2)如果v行驶<v设计,情况如何?
创新微课
r
火车拐弯
创新微课
v0
ghr L
当v=v0时：
轮缘不受侧向压力,最安全的转弯速度
当v>v0时：
铁路弯道处超速是火车脱轨和翻车 的主要原因
轮缘受到外轨向内的挤压力, 外轨易损坏。
当v<v0时：
轮缘受到内轨向外的挤压力, 内轨易损坏。
火车拐弯
创新微课
例题、已知火车速度为30m/s，弯道半径 r=900m，火车的质量 为8×105kg (取g=10m/s2)，求： （1）转弯时所需的向心力多大？ （2）若轨道不受轮缘挤压，求轨道与水平面夹角θ的正切值。 （3）若火车速度为40m/s，此时轮缘的受力情况如何？
创新微课 现在开始
火车拐弯
火车拐弯
创新微课
请思考：列车的脱轨、翻车事故容易出现在什
么地方？
铁路的弯道处
火车拐弯
圆周问题1：火车转弯
铁路的弯道 火车车轮的构造
火车车轮有 突出的轮缘
创新微课
火车拐弯
创新微课
对实际问题进行抽象提炼并建立模型
高中物理案例分析火车转弯原理分析-秦岭中学于存海 沪科版必修二幻灯片PPT
过小时：
F
内侧轨道与轮之间有弹力
外侧
mg
θ
内侧
过
倾 斜 来
获 得 向
实 例 应 用 ：
心转
力弯
。时
通
火车转弯原理 分析
火车车轮构造
火车水平转弯时情况分析
〔内外轨道一样高〕
F
火车水平转弯时情况分析
〔内外轨道一样高〕
F向心力的来源F来自F向心力mv2 r
由铁轨弹力F提供
研究与讨论
1、请设计一个方案让火车沿轨道平安通 过弯道？
实际火车与轨道设计中，利用轮缘 可以增加小局部的向心力；垫高外轨 可增加较多的向心力。
实例研究——火车过弯
火车受力
竖直向下的重力 G
当外轨略高于内轨时
FN
垂直轨道面的支持力 FN
F
火车的向心力来源 h G
由G和FN的合力 提供
F 向 心 力 F 合 m gtan
赛道的设计
研究与讨论
3、假设火车速度与设计速度不同会怎样？
需要轮缘提供额外的弹力满足
FN
向心力的需求。
过大时：
外侧轨道与轮之间有弹力
高中物理【生活中的圆周运动】教学优秀课件
“过水路面”。如图所示,汽车通过凹形桥的最低点时(
A.车对桥的压力比汽车的重力小
B.车对桥的压力比汽车的重力大
C.车的速度越大,车对桥面的压力越大
D.车的速度越大,车对桥面的压力越小
)
答案 BC
解析 汽车通过凹形桥最低点时,靠重力和支持力的合力提供向心力,有
2
2
FN-mg=m ,解得 FN=mg+m ,可知汽车对桥的压力大于汽车的重力,故 A 错
(6)物体做离心运动是因为受到离心力的作用。(
)
答案 ×
解析 物体做离心运动的原因不是受到离心力作用,而是外力不足以提供向
心力。
2.如图所示,质量相等的汽车甲和汽车乙,以相等的速率沿同一水平弯道做
匀速圆周运动,汽车甲在汽车乙的外侧。两车沿半径方向受到的摩擦力分
别为Ff甲和Ff乙。以下说法正确的是(
2
误,B 正确;根据 FN=mg+m 可知,速度越大,车对桥面的压力越大,故 C 正
确,D 错误。
课堂篇 探究学习
探究一
火车转弯问题分析
情境导引
如图为火车车轮的构造及火车转弯时的情景,设火车转弯时的运动是匀速
圆周运动,观察图片并思考:
(1)火车转弯处的铁轨有什么特点?
(2)火车转弯时哪些力的合力提供向心力?
2
汽车在凹形路面最低点时,向心力为 Fn=FN-mg=m ,汽车对路面的压力
2
FN'=FN=mg+m ,故汽车在凹形路面上运动时,对路面的压力大于汽车的重力。
乙
三、航天器中的失重现象
1.航天器在近地轨道的运动
(1)对于航天器,重力充当向心力,满足的关系为
火车转弯和离心ppt课件
5
6
光滑斜面长l，宽b，倾角θ，物块(质点)沿顶点P水平射入，恰好从Q点离开 (1)物块由P运动到Q所用的时间t； (2)物块由P点水平射入时的初速度v0； (3)物块离开Q点时速度的大小v. 轨迹类似 第三问尝试用其他方法
7
8
18页8题
定滑轮的半径r＝2 cm，绕在滑轮上的细线悬挂着一个重物，由静止开始 释放，测得重物以加速度a＝2 m/s2匀加速运动，在重物由静止下落1 m 的瞬间，滑轮边缘上的点的角速度ω＝______ rad/s，向心加速度an＝
______ m/s2． 两种错误
9
19页4．一物体以4 m/s的线速度做匀速圆周运动，转动周期为2 s，则物体在运动过程
中的任一时刻，速度随时间的变化率的大小为( )
A．2 m/s2 B．4 m/s2 C．0
D．4π m/s2
10
★★以下18班没讲 67是一类题，要掌握这类题的处理方式： 分别求线速度，角速度，向心加速度之比：
11
要掌握这类题的处理方式： 分别求线速度，角速度，向心加速度之比：
12
A B两个质点靠时间建立联系，注意B的弧度角 出现的问题见后面
13
单位要不要带？
求得是转速还是线速度？π 取值3？
14
15
第五章 曲线运动
第 七 节 生活中的圆周运动
16
一、铁路的弯道
1.联想汽车转弯，人的感觉？什么提供向心力？
做圆周运动的物体，在合力消失或不足以提供所需的向心力时，物体远离 圆心的运动，叫离心运动。 ⑵举例说明离心运动有哪些应用及危害？ ①应用：脱水、炼钢、离心管技术。 ②危害：车高速转弯、砂轮和飞轮的超高速转动。
27
28
四、离心运动
6
光滑斜面长l，宽b，倾角θ，物块(质点)沿顶点P水平射入，恰好从Q点离开 (1)物块由P运动到Q所用的时间t； (2)物块由P点水平射入时的初速度v0； (3)物块离开Q点时速度的大小v. 轨迹类似 第三问尝试用其他方法
7
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18页8题
定滑轮的半径r＝2 cm，绕在滑轮上的细线悬挂着一个重物，由静止开始 释放，测得重物以加速度a＝2 m/s2匀加速运动，在重物由静止下落1 m 的瞬间，滑轮边缘上的点的角速度ω＝______ rad/s，向心加速度an＝
______ m/s2． 两种错误
9
19页4．一物体以4 m/s的线速度做匀速圆周运动，转动周期为2 s，则物体在运动过程
中的任一时刻，速度随时间的变化率的大小为( )
A．2 m/s2 B．4 m/s2 C．0
D．4π m/s2
10
★★以下18班没讲 67是一类题，要掌握这类题的处理方式： 分别求线速度，角速度，向心加速度之比：
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要掌握这类题的处理方式： 分别求线速度，角速度，向心加速度之比：
12
A B两个质点靠时间建立联系，注意B的弧度角 出现的问题见后面
13
单位要不要带？
求得是转速还是线速度？π 取值3？
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第五章 曲线运动
第 七 节 生活中的圆周运动
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一、铁路的弯道
1.联想汽车转弯，人的感觉？什么提供向心力？
做圆周运动的物体，在合力消失或不足以提供所需的向心力时，物体远离 圆心的运动，叫离心运动。 ⑵举例说明离心运动有哪些应用及危害？ ①应用：脱水、炼钢、离心管技术。 ②危害：车高速转弯、砂轮和飞轮的超高速转动。
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四、离心运动