2015-2016学年高中物理 第4章 匀速圆周运动 第3讲 向心力的实例分析课件 鲁科版必修.ppt
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1、第4章,匀速圆周运动,第3讲 向心力的实例分析,目标定位 1.通过向心力的实例分析,会分析向心力的来源,体会匀速圆周运动在生活,生产中的应用. 2.能应用向心力和向心加速度公式求解竖直面内圆周运动的最高点和最低点的向心力及向心加速度. 3.熟练掌握应用牛顿第二定律和向心力知识分析两类竖直面内圆周运动模型的步骤和方法.,栏目索引 CONTENTS PAGE,一、转弯时的向心力实例分析,1.汽车在水平路面转弯,静摩擦力,最大静摩擦力,2.汽车、火车在内低外高的路面上转弯,转弯半径,汽车 火车,想一想 火车行驶速度大于规定的速度时,是外轨还是内轨易受损?,答案 外轨,二、竖直平面内的圆周运动实例分析
2、,1.汽车过拱形桥,mgN,Nmg,小于,大于,(1)向心力来源:受力如图1所示,重力和 支持力的合力提供向心力.,(2)向心力方程.,2.过山车(在最高点和最低点),Nmg,图1,Nmg,想一想 过山车能从高高的圆形轨道顶部轰然而过,车却不掉下来,这是为什么呢? 答案 当过山车在竖直面内做圆周运动时,所需要的向心力由重力和轨道的支持力来提供,当速度达到一定值时所需要的向心力大于重力时,轨道对过山车要提供一定的支持力补充所需要的向心力,即过山车压在了轨道上,所以过山车能安全通过轨道顶部.,一、火车转弯问题,1.转弯时的圆周平面:火车做圆周运动的圆周平面是水平面,火车的向心加速度和向心力均是沿水
3、平方向指向圆心.,图2,3.速度与轨道压力的关系 (1)当vv0时,所需向心力仅由重力和弹力的合力提供,此时内外轨道对火车均无挤压作用. (2)当vv0时,外轨道对轮缘有侧压力. (3)当vv0时,内轨道对轮缘有侧压力.,4.汽车、摩托车赛道拐弯处,高速公路转弯处设计成外高内低,也是尽量使车受到的重力和支持力的合力提供向心力.,例1 火车在半径r900 m的弯道转弯,火车质量为8105 kg,轨道宽为l1.4 m,外轨比内轨高h14 cm,为了使铁轨不受轮缘的挤压,火车的速度应为多大?(很小时,可以近似认为tan sin ;g取10 m/s2),解析 若火车在转弯时铁轨不受挤压,即由 重力和支
4、持力的合力提供向心力,火车转弯 平面是水平面.火车受力如图所示,由牛顿第 二定律得:,由于很小,可以近似认为,解式得:v30 m/s.,答案 30 m/s,二、汽车过桥问题 1.分析汽车过桥这类问题时应把握以下两点: (1)汽车在拱桥上的运动是竖直面内的圆周运动. (2)向心力来源(最高点和最低点):重力和桥面的支持力的合力提供向心力.,例2 如图3所示,质量m2.0104 kg的汽车以不变的速率先后驶过凹形桥面和凸形桥面,两桥面的圆弧半径均为20 m.如果桥面受到的压力不得超过3.0105 N,则:,图3,(1)汽车允许的最大速度是多少?,解析 汽车在凹形桥底部时,由牛顿第二定律得:,答案
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