学习目标
1.能定性分析火车外轨比内轨高的原因。
2.能定量分析汽车过拱形桥最高点和凹形桥最低点的压力问题。
3.知道航天器中的失重现象的本质。
4.知道离心运动及其产生的条件，了解离心运动的应用和防止。
5.会用牛顿第二定律分析圆周运动。
1、什么叫向心加速度？其物理意义？公式如何？
2、什么叫向心力？公式如何？
3、火车转弯时，什么力提供向心力？为什么外轨高于内轨？
4、汽车过拱形桥和凹形桥时，对桥的压力分别如何？
4、航天器中的失重现象的本质是什么？
5、离心运动的条件是什么？如何防止和利用？
思考：
在平直轨道上匀速行驶的火车，火车受几个力作用？这几个力的关系如何？那火车转弯时情况会有何不同呢？

火车转弯时是在做圆周运动，那么是什么力提供向心力？
一、铁路的弯道
车轮的构造
火车车轮有突出的轮缘
车轮介绍
铁路的弯道
——内外轨道一样高
G
N
外轨对轮缘的弹力提供向心力
.
F
合作与探究
请设计一个方案让火车沿轨道安全通过弯道
【学生活动】设计火车弯道
学生分组讨论，提出可行性方案
【最佳方案】
外轨略高于内轨
α
【方案剖析】
火车转弯规定临界速度:
解析：
重力G与支持力FN的合力F合是使火车转弯的向心力
G
N
F
当 很小时，
N
h
F
如图，斜面轨道倾角为θ，转弯半径R，要使车轮对内外轨都无压力,质量为m的火车运行的速率应该多大?
火车拐弯应以规定速度行驶
G
【研究与讨论】
如果火车在转弯处的速度不等于规定速度，会发生怎样情况？
当火车行驶速率v>v规定时
当火车行驶速率vG
N
N′
G
N
N′
外轨对轮缘有侧压力
内轨对轮缘有侧压力
1、火车转弯时向心力是水平的．
从这个例子我们进一步知道 ：
2、向心力是按效果命名的力，如果认为做匀速圆周运动的物体除了受到另外物体的作用，还要再受到一个向心力，那就不对了。
【物理与生活】
2008年4月18日，我国铁路进行了第六次大提速，时速将达200公里以上，这必将为我国经济腾飞注入新的活力。假设你是一位从事铁路设计的工程师，你认为火车提速有必要对铁路拐弯处进行改造吗？应如何改造？
公路上的拱形桥是常见的，汽车过桥时，也可以看做圆周运动。那么是什么力提供汽车的向心力呢？
思考：
二、拱形桥
二、汽车过桥
1
2
3
质量为m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．
汽车通过桥最高点时，
车对桥的压力
以“凸形桥”为例分析：
1、分析汽车的受力情况
2、找圆心
3、确定F合即F向心力的方向。
4、列方程
N
G
·
F合= G-N
思考：汽车在拱形桥顶端的速度不同，桥对车的支持力也不同，有什么不同呢 ？
凹形桥
下面自己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?
学生分析汽车通过最底点时车对桥 (过水路面)的压力
小结：
课堂练习
1、质量 m=100t的火车在轨道上行驶,火车内外轨连线与水平面夹角为370 ，弯道半径R=30m。
(1)当火车的速度v1=10m/s时,轨道何处受侧压力?方向如何?
(2)当火车的速度v2=15m/s时,轨道何处受侧压力?方向如何?
(3)当火车的速度v3=20m/s时,轨道何处受侧压力?方向如何?
课堂练习
2、一辆质量 m=2.0t的小轿车，驶过半径R=100m的一段圆弧形桥面。
(1)若桥面为凹形，汽车以20m/s通过桥面最低点时，对桥面的压力是多大？
(2)若桥面为凸形，汽车以10m/s通过桥面最高点时，对桥面的压力是多大？
(3)汽车以多大速度凸形桥面顶点时，对桥面刚好没有压力？
该“思考与讨论”中描述的情景其实已经实现，不过不是在汽车上，而是在航天飞机中．
汽车速度增大
v
思维拓展
假设宇宙飞船总质量为M，它在地球表面附近绕地球做匀速圆周运动,速率为V，其轨道半径近似等于地球半径R，航天员质量为m，宇宙飞船和航天员受到的地球引力近似等于他们在地面上的重力．试求座舱对宇航员的支持力．通过求解你可以得出什么结论?
三、航天器中的失重现象
一宇宙飞船绕地球做匀速圆周运动，距地面一二百千米时，它的轨道半径近似等于地球半径，航天员受到地球引力近似等于重力
船舱对航天员的支持力为零，航天员
处于失重状态。
当 “供”“需”平衡时，物体做圆周运动
小结
想一想：当 “供”“需”不平衡时，物体将如何运动呢？
1、定义：
当向心力突然消失或者指向圆心的合力不足时，物体做逐渐远离圆心的运动，叫做离心运动。
四、离心运动
离心抛掷
离心脱水
离心分离
离心甩干
2、离心运动的应用与防止
离心运动的应用
用离心机把体温计的水银柱甩回玻璃泡内
制作棉花糖的原理：内筒与洗衣机的脱水筒相似，里面加入白砂糖，加热使糖熔化成糖汁。内筒高速旋转，黏稠的糖汁就做离心运动，从内筒壁的小孔飞散出去，成为丝状到达温度较低的外筒，并迅速冷却凝固，变得纤细雪白，像一团团棉花。
离心运动的防止
一、铁路的弯道
1．讨论向心力的来源：
2．外轨高于内轨时重力与支持力的合力是使火车转弯的向心力
3．讨论：为什么转弯处的半径和火车运行速度有条件限制?
二、拱形桥
1．思考：汽车过拱形桥时，对桥面的压力与重力谁大?
2．圆周运动中的超重、失重情况．
三、航天器中的失重现象
四、离心运动
1．离心现象的分析与讨论．
2．离心运动的应用和防止．
通过本节课的学习我们知道：