1、生活中的圆周运动 -火车转弯问题分析火车转弯问题分析 1 火车、汽车转弯问题 火车转弯 汽车转弯 2 实例研究1火车转弯 1、火车转弯处的轨道不是“内外轨道一样高” 的水平状态，而是“外高内低”的倾斜状态， 这是为什么呢？ 3 （1）认识火车的“车轮”： 内轨道 外轨道 轮缘 外轮 内轮 4 轮缘 外外 内内 外侧 内侧 5 外外 内内 外外 内内 （2）若内外轨道一样高内外轨道一样高，有什么不妥？火车转 弯时可视为匀速圆周运动 圆心O 用夸张方法画 出轮子位置： 分开的！ N G F外 受力分析 N G 6 （2）若内外轨道一样高内外轨道一样高，有什么不妥？ 火车质量很大，若仅靠外轨 道对它
2、的压力提供向心力， 则轨道很容易变形（压坏） ！ 外外 内内 F外 N G 7 2、做成“外高内低”的倾斜状态，能更好地保护轨 道。 外外 内内 圆心O 请大概标出火车圆周运动的圆心O的位置！ 8 3、火车在外高内低的轨道转弯时， 位于内外轨道的正中间 请用夸张 方法画出 轮子位置 外外 内内 均分开的！ （1）要想使轮缘与内外轨道间均无相互挤压， 转弯速度应满足什么条件？ 9 外外 内内 G N FNG 3、火车在外高内低的轨道转弯时， （1）要想使轮缘与内外轨道间均无相互挤压， 转弯速度应满足什么条件？ 轮缘与内、外轨道之间均无挤压 10 FN Fn L h mg 火车实际受力情景： V=
3、 gR tan 当很小时：tan sin 11 （2）当速度大于这一理想值时（ ）， 轮缘与内轨还是外轨间有相互挤压？ 速度过大，靠外轨道 分开的！ 请用夸张 方法画出 轮子位置 外外 内内 12 G N FNG F外 外轨道对轮缘产生压力 外外 内内 （2）当速度大于这一理想值时（ ）， 轮缘与内轨还是外轨间有相互挤压？ 13 请用夸张 方法画出 轮子位置 速度过小，靠内轨道 分开的！ 外外 内内 （3）当速度小于这一理想值时（ ）， 轮缘与内轨还是外轨间有相互挤压？ 14 G N FNG F内 内轨道对轮缘产生压力 外外 内内 （3）当速度小于这一理想值时（ ）， 轮缘与内轨还是外轨间有相
4、互挤压？ 15 轮缘与内、外轨道之间均无挤压 外轨道对轮缘产生压力 内轨道对轮缘产生压力 综上所述，为保护轨道，火车转弯时的速度应 尽可能控制在_左右！ 小结：火车在外高内低的轨道转弯时，若： 16 4、若火车车轮无轮缘，火车速度过大或过小 时将发生什么现象？ 过大时：火车向_运动 离心 向心过小时：火车向_运动 外侧 内侧 17 实例研究2汽车转弯 在在水平路面水平路面转弯转弯 在在倾斜路面倾斜路面转弯转弯 18 内轨受 压磨损 内轨对内轮 缘有弹力 2、当VV限时 外轨对外轮 缘有弹力 1、当VV限时 离心趋势 近心趋势 总结： 外轨受 压磨损 规定路段，限定速度！ -对司机的要求 19
5、一、汽车在一、汽车在水平路面水平路面转弯时的向心力转弯时的向心力 f f 静静 横向摩擦力横向摩擦力 提供向心力！提供向心力！ 切向摩擦力切向摩擦力跟牵引力平衡跟牵引力平衡( (匀速转弯匀速转弯) ) v v 俯视图俯视图: : F F牵牵 f f切切 G N F F 牵牵 f f 切切 f f 静静 20 v v f f 静静 例：例：在一段半径为在一段半径为R R的圆形水平轨道上，已知的圆形水平轨道上，已知 路面对汽车轮胎的最大静摩擦力是车重的路面对汽车轮胎的最大静摩擦力是车重的倍（倍（ 1 1），求汽车拐弯时的安全速度是多大？），求汽车拐弯时的安全速度是多大？ 俯视图俯视图 21 若汽车速度过大，所需要的向心力过大， 最大静摩擦力不足以提供向心力,即: 可知:在弯道半径一定时,汽车速度 越大,所需要的向心力越大， 汽车将向外侧运动离心 22 练习1: 火车转弯做圆周运动，如果外轨和内轨一样高，火车能匀速 通过弯道做圆周运动，下列说法中正确的是（ ) A.火车通过弯道向心力的来源是外轨的水平弹力，所以外轨容易 磨损 B.火车通过弯道向心力的来源是内轨的水平弹力，所以内轨容易 磨损 C.火车通过弯道向心力的来源是火车的重力，所以内外轨道均不 磨损 D.以上三种说法都是错误的 A 23
