向心力的实例分析

向心力的实例分析

学案

【学习目标】

.知道向心力是使物体产生向心加速度的原因.

.会在具体问题中分析向心力的，并能初步应用公式计 算. .能理解运用匀速圆周运动的规律分析和处理生产和生 活中的具体实例.

.知道向心力和向心加速度的公式也适用于变速圆周运 动，会求变速圆周运动中物体在特殊点的向心力和向心加速 度.

【学习重点】会在具体问题中分析向心力的，并结合牛 顿运动定律求解有关问题.

【学习难点】 .具体问题中向心力的.

.对变速圆周运动的理解和处理. 【学习过程】 一、复习提问

提问1:做匀速圆周运动的物体有什么特点？

提问2:做匀速圆周运动的物体的向心力就是物体受到 的合外力，那么什么样的力可以提供或充当向心力呢?

提问3:向心力是一种实际存在的力吗？在受力分析中 如何处理向心力？在实际问题中又如何确定向心力的大小 呢？

展示生活中的圆周运动实例的图片或影片，生活中有很 多物体在做圆周运动，他们的向心力是由哪些力来提供呢？ 这节课我们结合生活中一些具体的问题来分析向心力的问 题。

二、新课学习 火车转弯问题

.分析火车在平直轨道上匀速运动时受什么力？ .如果火车在水平面内转弯时情况又有何不同呢？。

.火车转弯做的是一段圆周运动，需要有力来提供火车 做圆周运动的向心力，而平直路前行不需要.那么火车转弯 时是如何获得向心力的？

.高速行驶的火车的轮缘与铁轨挤压的后果会怎样

?

如何解决这一实际问题 ？结合学过的知识加以讨论，提 出可行的解决方案，并画出受力图，加以定性说明.

交流与讨论

学生发挥自己的想象能力，结合知识点设计方案.结合 受力图发表自己的见解……

设计的方案：5.运用刚才的分析进一步讨论：火车转 弯时的速度多大时才不至于对内外轨道产生相互挤压

选择合适的弯道倾斜角度，使向心力仅由支持力 重力G的合力F合提供：

F 向=vO2/r=F 合=gtan 0 v0=

FN和

讨论：

当v=v0 , F向=F合内外轨道对火车两侧车轮轮缘都无弹 力。 当v>v0 , F向>F合外轨道对外侧车轮轮缘有弹力。 当v

.提问：要使火车转弯时损害最小，对行驶的速度有什 么要求？

〖拓展应用〗

.解释下列现象：

.为什么高速公路弯道处外高内低，超速车道比主车道 更倾斜？ .在场地自行车比赛中，为什么比赛路面也是外高内低， .飞机要在空中实施水平转弯，应该怎样飞行？ .汽车在水平面内转弯是什么力提供向心力？ 汽车过拱形桥 分析汽车过桥的特点

.汽车过桥时做什么运动？在最高点汽车受什么力的作 用？什么力提供汽车做圆周运动的向心力?

投影问题情境：质量为的汽车在拱形桥上以速度 v行驶， 若桥面的圆弧半径为 R试画出受力分析图，分析汽车通过 桥的最高点时对桥的压力.通过分析你可以得出什么结论 汽车在桥顶出现什么现象？

.当汽车对桥的压力刚好减为零时，

汽车的速度有多大，

’

当汽车的速度大于这个速度时，会发生什么现象？

.分析汽车通过凹形桥最低点时，汽车对桥的压力比汽 车的重力大些还是小些？

.刚才同学们分析了汽车在拱形桥最高点和凹形桥的最 低点的情形，如果汽车不在拱形桥的最高点或最低点，前面 的结论还是否能用？如果不能直接运用，又如何来研究这一 问题呢？〖拓展应用〗

下面请同学看影片回答问题

杂技”水流星”在通过最高点时为什么水没有流出来？ 演示小球过“山车”，学生求小球过“山车”在竖直平 面内做圆周运动的最高点最小速度

满足什么条件如图所示的翻滚过山车就不会从最高点 掉不下来？

思维拓展—— 思考与讨论

地球可以看做一个巨大的拱形桥。汽车沿南北行驶，不 断加速。请思考：会不会出现这样的情况。速度大到一定程 度时，地面对车的支持力是零，此时汽车处于什么状态？驾

驶员与座椅间的压力是多少？驾驶员躯体各部分间的压力 是多少？驾驶员此时可能有什么感觉？

［课堂训练］

例：一辆质量=2t的小轿车，驶过半径R=90的一段圆弧 形桥面，求：

若桥面为凹形，汽车以20/s的速度通过桥面最低点时， 对桥面压力是多大？

若桥面为凸形，汽车以10 /s的速度通过桥面最高点时， 对桥面压力是多大？

汽车以多大速度通过凸形桥面顶点时，对桥面刚好没有 压力？ 【课堂小结】

本节课通过一些具体的实例探究了物体在水平面内和 竖直平面内作圆周运动的运动规律，知道了在具体圆周运动 中如何来确定向心力。用向心力公式求解问题时的解题步骤 如何？

明确研究对象，确定它在哪个平面内做圆周运动，找到 圆心和半径；

确定研究对象在某个位置所处的状态，进行具体的受力 分析，分析哪些力提供了向心力；

根据牛顿第二定律，以及向心力公式列方程； 解方程，对结果进行必要的讨论。 【阅读资料】 海南汽车试验场

海南汽车试验场内环境优美，花香鸟语，各种试验道路 纵横交错，形成一道独特的风景线。其中，高速性能试验跑 道尤为特别，它全长 6公里，是我国最长的高速试车道，南 北两个环道有如两个环型墙壁绕成一圈，跑道两边高差达 米多，有两层楼高，路面与地平面的夹角成

43度多，当汽

5

车在上面驾驶时，有如飞车走壁一般，真叫人惊叹不已。

有机会乘上试验车在高速跑道上奔驰一圈，感受更为奇

妙：从车内往外看，车好象是贴着斜壁，如履平地，疾走如 飞；而此时乘客的感觉，象是被一股力量紧紧地吸住，如果 挥动双手将有一种沉重感，这种感觉是在一般跑道上无法感 受到的。