(共43张PPT)
在铁路弯道处，稍微留意一下，就能发现内、外轨道的高度略有不同。你能解释其中的原因吗？
问题？
第六章
圆周运动
第4节
生活中的圆周运动
一、车辆转弯问题分析
思考：图中汽车受到哪几个力的作用？
1.汽车转弯
（匀速圆周运动）
什么力提供了向心力？
重力、支持力、摩擦力
摩擦力提供向心力
是静摩擦力还是滑动摩擦力呢？
静摩擦力
一对平衡力
O
mg
FN
Ff
一、车辆转弯问题分析
思考：你所列的表达式是怎样的？汽车做匀速圆周运动的最大速度与什么因素有关？
1.汽车转弯
（匀速圆周运动）
O
mg
FN
Ff
当汽车转弯的半径一定时,汽车的速度v越大,所需的向心力也越大,静摩擦力也越大,当静摩擦力为最大静摩擦力时:
一、车辆转弯问题分析
思考：你所列的表达式是怎样的？汽车做匀速圆周运动的最大速度与什么因素有关？
1.汽车转弯
（匀速圆周运动）
思考：如果汽车转弯的速度过大，会发生什么？
由此可见:当汽车转弯时,存在一个安全通过的最大速度,如果超过了这个速度,汽车将发生侧滑现象。
改进措施:
(1)增大转弯半径
(2)增加路面的粗糙程度
(3)最重要的一点:司机应该减速慢行!
一、车辆转弯问题分析
2.火车转弯
思考：如果轨道高度相同，火车转弯向心力谁来提供？
（匀速圆周运动）
（阅读P35面相关内容）
如果铁道弯道的内外轨一样高，火车转弯时，由外轨对轮缘的弹力提供向心力
G
FN
（受力分析）
F
（1）火车内外轨高度相同
一、车辆转弯问题分析
2.火车转弯
（匀速圆周运动）
火车转弯时，外侧车轮的轮缘挤压外轨，使外轨发生弹性形变，外轨对轮缘的弹力是火车转弯所需向心力的主要来源。
由于火车质量太大，因此需要很大的向心力，靠这种方法得到向心力，不仅铁轨和车轮极易受损，还可能使火车侧翻.
G
FN
F
（1）火车内外轨高度相同
那么怎样做才能使火车转弯安全，向心力又从哪里来？
一、车辆转弯问题分析
2.火车转弯
（匀速圆周运动）
火车弯道外高内低
一、车辆转弯问题分析
2.火车转弯
（匀速圆周运动）
火车弯道外高内低，这样的设计有什么道理？
1.铁路弯道的特点：弯道处外轨
内轨
2.火车转弯时铁轨对火车的支持力不是竖直向上的，而是斜向弯道的
.支持力与重力的合力指向
.
（2）火车轨道外高内低
略高于
内侧
圆心
3.铁路弯道外高内低目的：
保护火车及轨道，使火车转弯时既不挤压外轨也不挤压内轨
一、车辆转弯问题分析
2.火车转弯
（匀速圆周运动）
（2）火车轨道外高内低
火车质量为m在倾角为θ、半径为r的轨道上转弯时，若火车既不挤压外轨也不挤压内轨，求此时火车的这个速度多大？
G
FN
θ
θ
x
y
y轴：
x轴：
一、车辆转弯问题分析
2.火车转弯
（匀速圆周运动）
（2）火车轨道外高内低
火车质量为m在倾角为θ、半径为r的轨道上转弯时，若火车既不挤压外轨也不挤压内轨，求此时火车的这个速度多大？
θ
若：h为外轨距地面高度，L为两轨道之间距离
h
L
（又h非常小）
火车与轨道有无挤压速度V与r、h、L有关，与火车质量m无关
一、车辆转弯问题分析
2.火车转弯
（匀速圆周运动）
（2）火车轨道外高内低
若火车以设计速度
行驶，既不挤压外轨也不挤压内轨
若火车速度大于设计速度会怎样？
外
侧
内侧
θ
FN
G
Fn
车速过快
火车向外侧运动，挤压外轨，外侧轨道对轮缘有弹力
此时：
一、车辆转弯问题分析
2.火车转弯
（匀速圆周运动）
（2）火车轨道外高内低
若火车以设计速度
行驶，既不挤压外轨也不挤压内轨
若火车速度小于设计速度会怎样？
外
侧
内侧
θ
FN
G
Fn
此时：
车速过慢
火车向内侧运动，挤压内轨，内侧轨道对轮缘有弹力
(1)、当火车行驶速率
时，Fn=F合，内外轨道都不受挤压，对两轮缘都没有压力
(3)、当火车行驶速率
时，
Fn=F合-F侧，内轨道受到挤压对轮缘有侧压力
(2)、当火车行驶速率
时，Fn=F合+F侧，外轨道受到挤压对轮缘有侧压力
总结
在实际生活中，铁路修好后θ（h、L）、r是确定的，
所以火车转弯的安全速度也为定值
F合＝mg
tanθ
A.内轨对内侧车轮轮缘有挤压
B.外轨对外侧车轮轮缘有挤压
C.这时铁轨对火车的支持力等于
D.这时铁轨对火车的支持力大于
铁路在弯道处的内外轨道高度是不同的，已知内外轨道平面与水平面的夹角为θ，如图3所示，弯道处的圆弧半径为R，若质量为m的火车转弯时速度等于
，则(
)
C
【针对训练】
有一列重为100
t的火车，以72
km/h的速率匀速通过一个内外轨一样高的弯道，轨道半径为400
m.(g取10
m/s2)
(1)试计算铁轨受到的侧压力；
(2)若要使火车以此速率通过弯道，且使铁轨受到的侧压力为零，我们可以适当倾斜路基，试计算路基倾斜角度θ的正切值.
【针对训练】
(2)若要使火车以此速率通过弯道，且使铁轨受到的侧压力为零，我们可以适当倾斜路基，试计算路基倾斜角度θ的正切值.
?
FN
mg
高速公路转弯处和场地自行车比赛的赛道，路面往往有一定的倾斜度。说说这样设计的原因。
O
mg
FN
Ff
汽车在水平路面上转弯所需要的向心力来源:汽车侧向所受的静摩擦力。
汽车转弯时的措施：
把转弯处的道路修成外高内低。（高速路和赛道）
G
FN
F向
mg
FN
观察下面两幅图片，赛道及告诉公路弯道有什么特点？为什么要这样设计？
路面是倾斜的
外高内低
赛道的设计
N
Fn
mg
(多选)公路急转弯处通常是交通事故多发地带.如图，某公路急转弯处是一圆弧，当汽车行驶的速率为v0时，汽车恰好没有向公路内外两侧滑动的趋势.则在该弯道处（
）
A.路面外侧高、内侧低
B.车速只要低于v0，车辆便会向内侧滑动
C.车速虽然高于v0，但只要不超出某一最高限度，车辆便不会向外侧滑动
D.当路面结冰时，与未结冰时相比，v0的值变小
AC
【针对训练】
二、汽车过拱形桥
这些交通标识牌分别表示什么
汽车过拱形桥时的运动也可以看作圆周运动。质量为m
的汽车在拱形桥上以速度
v
前进，设桥面的圆弧半径为
r，我们来分析汽车通过桥的最高点时对桥的压力。
二、汽车过拱形桥
思考：对汽车进行受力分析，汽车过拱形桥受到重力和支持力的作用，那谁来充当向心力？
mg
FN
r
重力和支持力的合力提供向心力
合外力充当向心力
失重
似曾相识
二、汽车过拱形桥
是否也有完全失重?
FN=0，此时汽车对桥面的压力为0
处于失重状态
mg
FN
V
二、汽车过拱形桥
完全失重
此时汽车对桥面的压力为0
如果速度再大点会如何？
汽车将会沿切线飞出
思考：沿切线飞出做什么运动？
平抛运动
汽车在拱形桥上但不在最高点时，又该如何分析汽车所受向心力呢？
G
FN
θ
GX
GY
由FN和Gy提供向心力
x
y
三、汽车过凹形桥
对汽车进行受力分析，汽车过凹形桥受到重力和支持力的作用，那谁来充当向心力？
v
FN
mg
重力和支持力的合力提供向心力
（向心力指向圆心，合力向上
超重
过凹形路面我们该怎么做？
A
B
思考：汽车以恒定的速度v通过如图所示的地段，在哪个位置更容易爆胎？
B
思考：如图所示，如果把地球看作一个巨大的拱形桥，汽车速度多大时，支持力会变成0？此时汽车是否就成了环绕地球飞行的物体？
汽车车速为v，地球半径为R
汽车对桥面的压力为0
G=9.8N/kg,R=6371km
v
≈7900m/s
v
≈7900m/s
四、航天器中的失重现象
思考：宇航员在航天器中谁提供向心力？
（阅读P37面相关内容回答）
引力和支持力的合力提供向心力
失重
思考：失重是不是重力变小了？
不是，重力不变
思考：速度为多少时，支持力为0？
完全失重
四、航天器中的失重现象
（阅读P37面相关内容回答）
不是，只是对接触物压力或对悬挂物拉力为0
思考：完全失重是不是不受重力？
思考：宇航员所受重力去哪了呢？
重力用来完全提供宇航员所需向心力
在完全失重的状态下与重力有关的任何现象都会消失，此时弹簧测力计不能测量重力、天平不能测质量。
思考：为什么不能测量重力或质量？
航天器中的失重现象
五、离心运动
2.条件（1）F合=0，小球沿切线做直线运动
（2）0＜F合＜mrw2，小球沿螺旋曲线运动。
F供=F需，小球做圆周运动
1.定义：做匀速圆周运动的物体,在一定条件下,做逐渐远离圆心的运动,这种运动叫离心运动。
3.离心现象的应用
棉花糖机
离心沉淀器
为什么试管的悬浊液可以迅速分层？
4.离心运动的防止
①
在水平公路上行驶的汽车转弯时
②
高速转动的砂轮、飞轮等
如图10所示是摩托车比赛转弯时的情形，转弯处路面常是外高内低，摩托车转弯有一个最大安全速度，若超过此速度，摩托车将发生滑动.关于摩托车滑动的问题，下列论述正确的是(
)
A.摩托车一直受到沿半径方向向外的离心力作用
B.摩托车所受外力的合力小于所需的向心力
C.摩托车将沿其线速度的方向沿直线滑去
D.摩托车将沿其半径方向沿直线滑去
B
【针对训练7】
课后作业：
课后问题与练习P38-39页1,2,3,4,5题
同步训练
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