(一)火车转弯
观看火车过弯道的影片和火车车轮的结构的系列图片,请学生注意观察铁轨弯道的特点和火车车轮的特殊结构
问题1:请根据你所了解的以及你刚才从图片中观察到的情况,说一说火车的车轮结构如何?轨道结构如何?
轨道将两车轮的轮缘卡在里面。
问题2:如果内外轨一样高,火车转弯时做曲线运动,所受合外力应该怎样?需要的向心力有那些力提供。
在此基础上,引导学生进行弊端分析,提出下面的问题
问题3:火车的质量很大,行驶的速度很大,如此长时间后,对轨道和列车有什么影响?如何改进才能够使轨道和轮缘不容易损坏呢?
再次展示火车转弯时候的图片,提醒学生观察轨道的情况。
学生讨论后总结:
1.如果在转弯处使外轨道略高于内轨道,火车受力不是竖直的,而是斜向轨道的内侧。它与重力的合力指向圆心,成为使火车转弯的向心力。
2.如果根据转弯半径R和火车行驶速度v适当调整内外轨道的高度差,使转弯时所需要的向心力完全由重力G和支持力FN的合力提供,这样外轨道就不再受轮缘的挤压了。
(多媒体展示火车转弯的动力学分析过程以及转弯速度、内外轨高度差、半径的等量关系式)
思维拓展极其应用:
山区铁路弯道过多,能否大面积提速?赛车影片中,若减少水平弯道事故,你怎样设计弯道中的路面?你观察过高速路转弯处路面的情况吗?
点拨:高速路面上也是外高内地,并且超车道比主车道更加倾斜。
拓展:自行车转弯、赛车转弯、小鸟转弯、飞机转弯与此类似。
(二)汽车过桥
实例分析 展示图片 拱形桥 凹形桥
以凸形桥为例
通过提问,引导学生进入状态。
问题1:如果汽车在水平路面上匀速行驶或静止时,在竖直方向上受力如何? 如果汽车在拱形桥顶点静止时,桥面受到的压力如何?
问题2:如果汽车在拱形桥上,以某一速度v通过拱形桥的最高点的时候,桥面受到的压力如何?
引导学生分析受力情况,并逐步求得桥面所受压力。
分析过程:
确定研究对象;
分析汽车的受力情况;
找圆心;
确定F合即F向心力的方向;
根据牛顿第二定律列方程,得出结论。PPT展示解题过程
问题3:根据上式,结合前面的问题你能得出什么结论?
A.汽车对桥面的压力小于汽车的重力mg;
B.汽车行驶的速度越大,汽车对桥面的压力越小。
问题4:试分析如果汽车的速度不断增大,会有什么现象发生呢?
当速度不断增大的时候,压力会不断减小,当达到时,汽车对桥面完全没有压力,汽车“飘离”桥面。
问题5:如果汽车的速度更大呢?汽车会怎么运动?(提示,此时汽车受力、速度、加速度如何)
汽车以大于或等于的速度驶过拱形桥的最高点时,汽车与桥面的相互作用力为零,汽车只受重力,又具有水平方向的速度的,因此汽车将做平抛运动。
问题6:如果是凹形桥,汽车行驶在最低点时,桥面受到的压力如何?
(学生板演解题过程)
问题7:前面我们曾经学习过超重和失重现象,那么试利用“超、失重”的观点定性分析汽车在拱形桥最高点,凹形桥的最低点分别处于哪种状态?
强调:汽车做的不是匀速圆周运动,我们仍使用了匀速圆周运动的公式,原因是向心力和向心加速度的公式对于变速圆周运动同样适用。
(三)课堂小结 请同学来完成,教师进行适当补充
学生回答不完整时,老师及时补充
(四)巩固与拓展训练
两道练习题见PPT
(小组讨论)
地球可以看作一个巨大的拱形桥。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0?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?
(五)航天器中的失重现象和离心运动
这两个问题让学生看教学视频,欣赏专家讲解,结束本节课。
|