弯时是如何获得向心力的?进一步受力分析得:需增加的一个向心力(效果力),由铁轨外轨的轮缘和铁轨之间互相挤压而产生的弹力提供。
师:提出问题:挤压的后果会怎样?
生:由于火车质量、速度比较大,故所需向心力也很大。这样的话,轮缘和铁轨之间的挤压作用力将很大,导致的后果是铁轨容易损坏,轨缘也容易损坏。
师:(设疑引申)那么应该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......
师:刚才同学们交流和讨论得非常热烈、充分,方案设计得也很好,下面我们择其一的示意图来共同分析、说明。
火车受的重力和支持力的合力提供向心力,对内外轨都无挤压,这样就达到了保护铁轨的目的。
强调说明:向心力是水平的。
师:请同学们运用刚才的分析进一步讨论:实际的铁路上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
播放录像,交通工具(自行车、汽车等)过拱形桥。
投影问题情境:质量为m的汽车在拱形桥上以速度t/行驶,若桥面的圆弧半径为只,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。
师:通过分析,你可以得出什么结论?
学生在练习本上独立画出汽车的受力图,推导出汽车对桥面的压力。学生代表发言。
投影学生推导过程,听取学生见解,点评、总结。
生:在最高点,对汽车进行受力分析,确定向心力的来源;由牛顿第二定律列出方程求出汽车受到的支持力:由牛顿第三定律求出桥面受到的压力。F'N=G-mv2/r 可见,汽车对桥的压力F'N小于汽车的重力G,并且压力随汽车速度的增大而减小。
师:请同学们进一步考虑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?
生:把 F'N=0代人上式可得,此时汽车的速度为,当汽车的速度大于这个