【生活中的匀速圆周运动实例】六、匀速圆周运动的实例分析

【jiaoan.jxxyjl.com--高一物理教案】

       年     月       日（正页）
课 程 六、匀速圆周运动的实例分析 课 时 
教 学
目 的 1、知道如果一个力或几个力的合力的效果是使物体产生向心加速度，这个力就是向心力。2、知道向心力和向心加速度公式也试用于变速圆周运动，并会求解这两个物理量。
重难点 1、具体问题具体分析，理论联系实际；2、临界问题的分析、讨论。
教学方法  课型 新授课 教学过程及时间
教学内容及板书设计
复习提问：
匀速圆周运动的物体受到向心力，分析以下问题中向心力是怎样产生的？
1、 如图，物体随水平圆盘做匀速圆周运动
[学生回答]：静摩擦力提供向心力。
2、 如图，绳拉物体做匀速圆周运动
[学生回答]：重力与绳的拉力的合力提供向心力。
教师小结：通过以上例子可以看出，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，是按力的
作用效果命名的力。
下面我们进一步研究一下向心力在生活中的几个实例：
一、 火车转弯
提出问题并引导学生讨论：
1、 火车匀速直线运动和匀速转弯是否同种状态？
[学生回答]：匀速直线运动时  f合＝0
          匀速转弯时      f合≠0
2、 火车转弯时所需的向心力是如何产生的？
引导学生讨论：
（1） 内外轨一样高
在竖直方向上，火车受到的重力g与支持力fn相平衡，外侧车轮的轮缘挤压外轨，使外轨发生弹性形变，外轨对轮缘产生弹力作用。可见，当内外轨一样高时，外轨对轮缘的弹力就是使火车转弯的向心力。由于火车质量很大，在这种情况下，铁轨和轮缘都易被破坏。
（2） 外轨高于内轨

（学生进行受力分析） 

中学教案纸
       年     月       日（副页）
教师引导：由于支持力fn不再竖直向上，fn与g的合力提供向心力，从而减轻了轮缘与外轨的挤压。
        提出问题，那么这种挤压能不能减小到零呢？如果能应满足什么条件？
    设上图中的斜面倾斜角为θ，转弯半径为r，那么火车以多大速度转弯时，外轨不再挤压轮缘？
    [学生讨论并回答]
    火车受到的支持力和重力的合力水平指向圆心，成为火车转弯的向心力。
    由图可知：f=mgtanθ=m
                v0=  grtanθ
    这个速度即为火车转弯时的最佳情况。
    引导学生回答：
① 当v=v0时，内外轨均不受侧向挤压力。
② 当v＞v0时，出现什么情况？
[学生回答]：外轨受侧向挤压的力。（向心力增大，外轨提供一部分力）
③ 当v＜v0时呢？
[学生回答]：外轨受侧向挤压的力。（这是向心力减小，内轨提供一部分力）12
问：生活中还有哪些实例与这一类型相同？
[学生举例]：汽车转弯、自行车转弯等
例1：铁路转弯处的圆弧半径是300m，轨距是1435mm。规定火车通过这里的速度是72km/h，内外轨的高度差应该多大，才能使外轨不受轮缘的挤压？如果车速大于或小于72km/h会有什么现象发生？说明理由。
解：火车转弯时所需的向心力由重力和支持力的合力提供。
    f=mgtanα=mv /r
     tanα=v /gr
   近似认为tanα=sinα=h/d
    带入上式：h/d=v /rg
    h=v d/rg=（20 ×1.435）/（300×9.8）=0.195m
二、 汽车过拱桥
提出问题并引导学生讨论：
1、 汽车静止在桥顶与通过桥顶时的状态是否相同？
[学生回答]：不同。静止是平衡状态 f合＝0
                 通过桥顶时是曲线运动 f合≠0
作业： 教学过程及时间
 

课后小结：

中学教案纸
       年     月       日（副页）
2、 汽车过拱桥桥顶时的向心力是如何产生的？
设汽车通过桥顶时速度为v，拱桥半径为r.
 

学生进行受力分析并讨论：
mg-fn=m
fn=mg-m
由分析可知：当汽车以速度v通过桥顶时，fn＜mg，汽车处于失重状态。这也是桥一般做成拱形的原因。
当汽车速度v= rg时，fn=0
提问：若汽车超过这个速度，将会怎样？
[学生回答]：汽车将飞出桥顶
拓展：如果物体从竖直曲面的内侧通过最高点，情况如何？
学生思考：课本97页“思考与讨论”

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