高中物理第二章匀速圆周运动第3节圆周运动的实例分析1火车汽车拐弯的动力学问题学案教科版.pdf

1 专题课件 火车、汽车拐弯的动力学问题 一、考点突破： 二、重难点提示： 重点： 1. 掌握火车、汽车拐弯时的向心力来源； 2. 会用圆周运动的规律解决实际问题。 难点： 能从供需关系理解拐弯减速的原理。 一、火车转弯问题 1. 火车在水平路基上的转弯 （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。 2. 实际弯道处的情况: 外轨略高于内轨道 （1）对火车进行受力分析： 火车受铁轨支持力N的方向不再是竖直向上，而是斜向弯道的内侧，同时还有重力G 。 （2）支持力与重力的合力水平指向内侧圆心，成为使火车转弯所需的向心力。 【规律总结】 转弯处要选择内外轨适当的高度差，使转弯时所需的向心力完全由重力G和支 持力 N来提供，这样外轨就不受轮缘的挤压了。 3. 限定速度v 知识点考纲要求题型说明 火车、汽 车 拐 弯 的 动 力 学问题 1. 掌握火车、汽车拐弯时的向心力来源 2. 能从供需关系理解拐弯减速的原理 3. 会用圆周运动的规律解决实际问题 选择 题、计 算题 重点内容是圆周运动规律 具体应用， 考查重点是把具 体问题抽象成模型，利用规 律进行解题， 物理情景源于 身边的物理现象 2 分析：火车转弯时需要的向心力由火车重力和轨道对它的支持力的合力提供。 F合=mgtan = r v m 2 由于轨道平面和水平面的夹角很小，可以近似地认为 tan sin =h/d 代入得： mg d h = r v m 2 d rgh v 思考： 在转弯处： （1）若列车行驶的速率等于规定速度，则两侧轨道是否受车轮对它的侧向压力。 （2） 若列车行驶的速率大于规定速度，则_轨必受到车轮对它向_的压力（填“内” 或“外”）。 （3） 若列车行驶的速率小于规定速度，则_轨必受到车轮对它向_的压力（填“内” 或“外”）。 二、汽车转弯中的动力学问题 1. 水平路面上的转弯问题：摩擦力充当向心力 umg=mv 2/r 。 由于摩擦力较小，故要求的速度较小，否则就会出现离心现象，发生侧滑，出现危险。 3 2. 实际的弯道都是外高内底，以限定速度转弯，受力如图。 Mgtan =Mv 2/r v= tanrg 当 v tanrg ，侧向下摩擦力的水平分力补充不足的合外力； v tanrg ， 侧 向 下 摩 擦 力 的 水 平 分 力 补 充 不 足的合外力 v tanrg ， 侧 向 上 摩 擦 力 的 水 平 分 力 抵 消 过 剩的合外力 v= tanrg ， 沿 斜 面 方 向 的 摩 擦力为零， 重力和 支 持 力 的 合 力 提 供向心力 满分训练： 火车轨道在转弯处，外轨高于内轨，其高度差由转弯半径与火车速度确定。 若在某转弯处规定行驶的速度为v，则下列说法中正确的是（） 当以 v 的速度通过此弯路时，火车重力与轨道面支持力的合力提供向心力 当以 v 的速度通过此弯路时，火车重力、轨道面支持力和外轨对轮缘弹力的合力提 供向心力 当速度大于v 时，轮缘挤压外轨 当速度小于v 时，轮缘挤压外轨 A. B. C. D. 思路分析： 在某转弯处规定速度行驶，重力和支持力的合力充当向心力，轮、轨之间无 6 侧压力。速度过大，由外轨对外轮产生向内的侧压力；速度过小，内轨对内轮产生向外的侧 压力。故答案为A。 答案： A