六、勻速圓周運動的實例分析
年 月 日（正頁）
課 程 六、勻速圓周運動的實例分析 課 時
教 學
目 的 1、知道如果一個力或幾個力的合力的效果是使物體產生向心加速度，這個力就是向心力。2、知道向心力和向心加速度公式也試用于變速圓周運動，并會求解這兩個物理量。
重難點 1、具體問題具體分析，理論聯系實際；2、臨界問題的分析、討論。
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復習提問：
勻速圓周運動的物體受到向心力，分析以下問題中向心力是怎樣產生的？
1、 如圖，物體隨水平圓盤做勻速圓周運動
[學生回答]：靜摩擦力提供向心力。
2、 如圖，繩拉物體做勻速圓周運動
[學生回答]：重力與繩的拉力的合力提供向心力。
教師小結：通過以上例子可以看出，向心力是由物
體實際受到的一個力或幾個力的合力提供的，是按力的
作用效果命名的力。
下面我們進一步研究一下向心力在生活中的幾個實例：
一、 火車轉彎
提出問題并引導學生討論：
1、 火車勻速直線運動和勻速轉彎是否同種狀態？
[學生回答]：勻速直線運動時 f合＝0
勻速轉彎時 f合≠0
2、 火車轉彎時所需的向心力是如何產生的？
引導學生討論：
（1） 內外軌一樣高
在豎直方向上，火車受到的重力g與支持力fn相平衡，外側車輪的輪緣擠壓外軌，使外軌發生彈性形變，外軌對輪緣產生彈力作用。可見，當內外軌一樣高時，外軌對輪緣的彈力就是使火車轉彎的向心力。由于火車質量很大，在這種情況下，鐵軌和輪緣都易被破壞。
（2） 外軌高于內軌
（學生進行受力分析）
中學教案紙
年 月 日（副頁）
教師引導：由于支持力fn不再豎直向上，fn與g的合力提供向心力，從而減輕了輪緣與外軌的擠壓。
提出問題，那么這種擠壓能不能減小到零呢？如果能應滿足什么條件？
設上圖中的斜面傾斜角為θ，轉彎半徑為r，那么火車以多大速度轉彎時，外軌不再擠壓輪緣？
[學生討論并回答]
火車受到的支持力和重力的合力水平指向圓心，成為火車轉彎的向心力。
由圖可知：f=mgtanθ=m
v0= grtanθ
這個速度即為火車轉彎時的最佳情況。
引導學生回答：
① 當v=v0時，內外軌均不受側向擠壓力。
② 當v＞v0時，出現什么情況？
[學生回答]：外軌受側向擠壓的力。（向心力增大，外軌提供一部分力）
③ 當v＜v0時呢？
[學生回答]：外軌受側向擠壓的力。（這是向心力減小，內軌提供一部分力）