(三)重点、难点的学习与目标完成过程
复习提问:
匀速圆周运动的物体受到向心力.向心力是怎样产生的?
用已熟悉的例子说明:
(1)绳拉物体做匀速圆周运动,绳的拉力提供向心力.
(2)物体随水平圆盘做匀速周围运动,静摩擦力提供向心力.
小结: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;向心力是按作用效果命名的力.
我们从分析向心力角度进一步研究几个实例:
1.火车转弯
学生阅读课本
演示课件1(可随提问讨论展开)
提问讨论:
(1)火车匀速直线运动和匀速转弯是否同种状态?
不是,火车匀速直线运动时合外力为零,火车匀速转变时受向心力,合外力不为零.
(2)火车转弯时所需的向心力如何产生?分两种情况讨论:内外轨一样高;外轨比内轨高.
当内外轨一样高时,铁轨对火车竖直向上的支持力和火车重力平衡向心力由铁轨外轨的轮缘的水平弹力产生.这种情况下铁轨容易损坏.轮缘也容易损坏
当外轨比内轨高时,铁轨对火车的支持力不再是竖直向上,和重力的合力可以提供向心力,可以减轻轨和轮缘的格压.
最佳情况是向心力恰好由支持力和重力的合力提供,铁轨的内、外轨均不受到侧向挤压的力.
定量分析火车转弯的最佳情况.
①受力分析:如图5-14所示火车受到的支持力和重力的合力的水平指向圆心,成为使火车拐弯的向心力.
图5-14
②动力学方程:根据牛顿第二定律得
mgtanθ=m
其中r是转弯处轨道的半径,是使内外轨均不受力的最佳速度.
③分析结论:解上述方程可知
=rgtanθ
可见,最佳情况是由、r、θ共同决定的.
当火车实际速度为v时,可有三种可能,
当v=时,内外轨均不受侧向挤压的力;
当v>时,外轨受到侧向挤压的力(这时向心力增大,外轨提供一部分力);
当v<时,外轨受到侧向挤压的力(这时向心力减少,内轨提供一部分力).
(4)还有哪些实例和这一模型相同?
自行车转弯,高速公路上汽车转弯等等.
小结:
我们讨论的火车转弯问题,实质是物体在水平面的匀速圆周运动,从力的角度看其特点是;合外力的方向一定在水平方向上,由于重力方向在竖直方向,因此物体除了重力外,至少再受到一个力,才有可能使物体产生在水平面匀速圆周运动的向心力.
2.汽车过拱桥
学生阅读课文
演示课件2(可随提问讨论展开)
提问讨论:
(1)汽车静止在桥顶与通过桥顶是否同种状态?
不是,汽车静止在桥顶、或通过桥顶,虽然都受到重力和支持力.但前者这两个力的合力为零,后者合力不为零.

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