高中物理6.8生活中的圓周運(yùn)動(dòng)教案新人教版必修

1、課 題6.8生活中的圓周運(yùn)動(dòng)課 型新授課（2課時(shí)）教 學(xué) 目 標(biāo) 知識(shí)與技能1. 通過(guò)日常生活中的常見(jiàn)例子，學(xué)會(huì)分析具體問(wèn)題中的向心力來(lái)源。2. 能理解運(yùn)用勻速圓周運(yùn)動(dòng)規(guī)律分析和處理生活中的具體實(shí)例。過(guò)程與方法1.通過(guò)對(duì)勻速圓周運(yùn)動(dòng)的實(shí)例分析，滲透理論聯(lián)系實(shí)際的觀點(diǎn)，提高學(xué)生分析和解決問(wèn)題的能力。2. 培養(yǎng)學(xué)生的分析能力、綜合能力和推理能力，明確解決實(shí)際問(wèn)題的思路和方法情感態(tài)度與價(jià)值觀1.通過(guò)對(duì)幾個(gè)實(shí)例的分析，使學(xué)生明確具體問(wèn)題必須具體分析，理解物理與生活的聯(lián)系，學(xué)會(huì)用合理、科學(xué)的方法處理問(wèn)題2.通過(guò)離心運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用和防止的實(shí)例分析使學(xué)生明白事物都是一分為二的，要學(xué)會(huì)用一分為二的觀點(diǎn)來(lái)看待問(wèn)題教

2、學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn) 具體問(wèn)題中向心力的來(lái)源教學(xué)難點(diǎn)在具體問(wèn)題中能找到是誰(shuí)提供向心力的，并結(jié)合牛頓運(yùn)動(dòng)定律求解有關(guān)問(wèn)題1 / 13教 學(xué) 活 動(dòng)新課導(dǎo)入 復(fù)習(xí)提問(wèn) 師：請(qǐng)同學(xué)們回顧并敘述出對(duì)于圓周運(yùn)動(dòng)你已經(jīng)理解和掌握了哪些基本知識(shí) 生：我已經(jīng)理解和掌握了可以用線速度、角速度、轉(zhuǎn)速和周期等來(lái)描述做圓周運(yùn)動(dòng)物體的運(yùn)動(dòng)快慢；知道了圓周運(yùn)動(dòng)一定是變速運(yùn)動(dòng)，一定具有加速度；掌握了對(duì)于圓周運(yùn)動(dòng)的有關(guān)問(wèn)題還必須通過(guò)運(yùn)用牛頓第二定律去認(rèn)真分析和處理 生：從勻速u(mài)圓周運(yùn)動(dòng)中總結(jié)出來(lái)的基本規(guī)律，通過(guò)運(yùn)用等效的物理思想也可以去處理變速圓周運(yùn)動(dòng)的有關(guān)問(wèn)題 師：剛才幾位同學(xué)各自從不同的角度回顧和交流了對(duì)圓周運(yùn)動(dòng)有關(guān)基本

3、知識(shí)和基本規(guī)律的認(rèn)識(shí)而我們知道學(xué)以致用是學(xué)習(xí)的最終目的，本節(jié)課將通過(guò)幾個(gè)具體實(shí)例的探討來(lái)深入理解相關(guān)知識(shí)點(diǎn)并學(xué)會(huì)應(yīng)用 新課教學(xué) 一、鐵路的彎道 師：(多媒體課件)模擬在平直軌道上勻速行駛的火車(chē)，然后投影出課本第56頁(yè)的圖681并提出問(wèn)題： 1火車(chē)受幾個(gè)力作用? 2這幾個(gè)力的關(guān)系如何? 生：火車(chē)受到4個(gè)力的作用，各為兩對(duì)平衡力，即合外力為零 師：對(duì)，火車(chē)受重力、支持力、牽引力及摩擦力且四個(gè)力合力為零，其中重力和支持力的合力為零，牽引力和摩擦力的合力為零 師：過(guò)渡；那火車(chē)轉(zhuǎn)彎時(shí)情況會(huì)有何不同呢? 多媒體課件：模擬平直軌道火車(chē)轉(zhuǎn)彎情形提出問(wèn)題： 1轉(zhuǎn)彎與直進(jìn)有何不同? 2畫(huà)出受力示意圖，并結(jié)合運(yùn)動(dòng)情

4、況分析各力的關(guān)系 生：轉(zhuǎn)彎時(shí)火車(chē)的速度方向在不斷變化，故其一定有加速度，其合外力一定不為零 師：對(duì)，轉(zhuǎn)彎時(shí)合外力不為零，即需要提供向心力，而平直路前行不需要那么火車(chē)轉(zhuǎn)彎時(shí)是如何獲得向心力的?進(jìn)一步受力分析得：需增加的一個(gè)向心力(效果力)，由鐵軌外軌的輪緣和鐵軌之間互相擠壓而產(chǎn)生的彈力提供 師：提出問(wèn)題：擠壓的后果會(huì)怎樣? 生：由于火車(chē)質(zhì)量、速度比較大，故所需向心力也很大這樣的話，輪緣和鐵軌之間的擠壓作用力將很大，導(dǎo)致的后果是鐵軌容易損壞，軌緣也容易損壞 師：(設(shè)疑引申)那么應(yīng)該如何解決這一實(shí)際問(wèn)題?結(jié)合學(xué)過(guò)的知識(shí)加以討論，提出可行的解決方案，并畫(huà)出受力圖，加以定性說(shuō)明 交流與討論 學(xué)生發(fā)揮自己

5、的想象能力，結(jié)合知識(shí)點(diǎn)設(shè)計(jì)方案結(jié)合受力圖發(fā)表自己的見(jiàn)解 師：剛才同學(xué)們交流和討論得非常熱烈、充分，方案設(shè)計(jì)得也很好，下面我們擇其一的示意圖來(lái)共同分析、說(shuō)明 投影學(xué)生的受力圖，進(jìn)行定性分析；如圖68l所示學(xué) 生 活 動(dòng) 火車(chē)受的重力和支持力的合力提供向心力，對(duì)內(nèi)外軌都無(wú)擠壓，這樣就達(dá)到了保護(hù)鐵軌的目的 強(qiáng)調(diào)說(shuō)明：向心力是水平的 師：請(qǐng)同學(xué)們運(yùn)用剛才的分析進(jìn)一步討論：實(shí)際的鐵路上為什么轉(zhuǎn)彎處的半徑和火車(chē)運(yùn)行速度有條件限制? 二、拱形橋 師生互動(dòng) 播放錄像，交通工具(自行車(chē)、汽車(chē)等)過(guò)拱形橋 投影問(wèn)題情境：質(zhì)量為m的汽車(chē)在拱形橋上以速度t行駛，若橋面的圓弧半徑為只，試畫(huà)出受力分析圖，分析汽車(chē)通過(guò)橋的

6、最高點(diǎn)時(shí)對(duì)橋的壓力 師：通過(guò)分析，你可以得出什么結(jié)論? 學(xué)生在練習(xí)本上獨(dú)立畫(huà)出汽車(chē)的受力圖，推導(dǎo)出汽車(chē)對(duì)橋面的壓力學(xué)生代表發(fā)言 投影學(xué)生推導(dǎo)過(guò)程，聽(tīng)取學(xué)生見(jiàn)解，點(diǎn)評(píng)、總結(jié) 生：在最高點(diǎn)，對(duì)汽車(chē)進(jìn)行受力分析，確定向心力的來(lái)源；由牛頓第二定律列出方程求出汽車(chē)受到的支持力：由牛頓第三定律求出橋面受到的壓力FN=Gmv2/r 可見(jiàn)，汽車(chē)對(duì)橋的壓力FN小于汽車(chē)的重力G，并且壓力隨汽車(chē)速度的增大而減小 師：請(qǐng)同學(xué)們進(jìn)一步考慮當(dāng)汽車(chē)對(duì)橋的壓力剛好減為零時(shí)，汽車(chē)的速度有多大當(dāng)汽車(chē)的速度大于這個(gè)速度時(shí)，會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象?生：把 FN=0代人上式可得，此時(shí)汽車(chē)的速度為，當(dāng)汽車(chē)的速度大于這個(gè)速度時(shí)，就會(huì)發(fā)生汽車(chē)飛出去

7、的現(xiàn)象這種現(xiàn)象我們?cè)陔娪袄锟吹竭^(guò) 師：好，下面再一起共同分析汽車(chē)通過(guò)凹形橋最低點(diǎn)時(shí)，汽車(chē)對(duì)橋的壓力比汽車(chē)的重力大些還是小些 生：通過(guò)對(duì)汽車(chē)進(jìn)行受力分析汽車(chē)通過(guò)凹形橋最低點(diǎn)時(shí)，汽車(chē)對(duì)橋的壓力比汽車(chē)的重力大 師：剛才同學(xué)們分析了汽車(chē)在拱形橋最高點(diǎn)的情形，如果汽車(chē)不在拱形橋的最高點(diǎn)或最低點(diǎn)，前面的結(jié)論還是否能用?如果不能直接運(yùn)用，又如何來(lái)研究這一問(wèn)題呢? 生：前面的結(jié)論能直接運(yùn)用，不過(guò)此時(shí)物體的向心加速度不等于物體的實(shí)際加速度，即要用上一節(jié)研究變速圓周運(yùn)動(dòng)的方法來(lái)處理 師：好這說(shuō)明我們很多同學(xué)分析和處理物理問(wèn)題的能力有了較大的提高，希望同學(xué)們繼續(xù)努力，爭(zhēng)取有更大進(jìn)步 點(diǎn)評(píng)：通過(guò)對(duì)勻速圓周運(yùn)動(dòng)的實(shí)例分

8、析，滲透理論聯(lián)系實(shí)際的觀點(diǎn)，提高學(xué)生分析和解決問(wèn)題的能力課堂訓(xùn)練 師：請(qǐng)同學(xué)們一起來(lái)看一道例題，看完題后，自己先獨(dú)立分析、處理，然后我們?cè)僖坏澜涣鳌⒂懻?例：一輛質(zhì)量m=2.0t的小轎車(chē)，駛過(guò)半徑R=90m的一段圓弧形橋面，重力加速度g=10ms2求： (1)若橋面為凹形，汽車(chē)以20ms的速度通過(guò)橋面最低點(diǎn)時(shí)，對(duì)橋面壓力是多大? (2)若橋面為凸形，汽車(chē)以l0ms的速度通過(guò)橋面最高點(diǎn)時(shí)，對(duì)橋面壓力是多大? (3)汽車(chē)以多大速度通過(guò)凸形橋面頂點(diǎn)時(shí)，對(duì)橋面剛好沒(méi)有壓力解：(1)汽車(chē)通過(guò)凹形橋面最低點(diǎn)時(shí)，在水平方向受到牽引力F和阻力f在豎直方向受到橋面向上的支持力N1和向下的重力Gmg，如圖682所

9、示圓強(qiáng)形軌道的圓心在汽車(chē)上方，支持力Nl與重力G=mg的合力為N1mg，這個(gè)合力就是汽車(chē)通過(guò)橋面最低點(diǎn)時(shí)的向心力，即F向=N1mg由向心力公式有：N1mg= mv2/R三、航天器中的失重現(xiàn)象 師：從剛才研究的一道例題可以看出，當(dāng)汽車(chē)通過(guò)拱形橋凸形橋面頂點(diǎn)時(shí)，如果車(chē)速達(dá)到一定大小，則可使汽車(chē)對(duì)橋面的壓力為零如果我們把地球想象為特大的“拱形橋”，則情形如何呢?會(huì)不會(huì)出現(xiàn)這樣的情況；速度達(dá)到一定程度時(shí)，地面對(duì)車(chē)的支持力是零?這時(shí)駕駛員與座椅之間的壓力是多少?駕駛員軀體各部分之間的壓力是多少?他這時(shí)可能有什么感覺(jué)? 學(xué)生獨(dú)立分析以上提出的問(wèn)題，并在練習(xí)本上畫(huà)出受力分析圖，嘗試解答 投影學(xué)生推導(dǎo)過(guò)程，引

10、導(dǎo)學(xué)生間交流、討論 師：剛才同學(xué)們交流、討論的問(wèn)題即為課本第58頁(yè)上面的“思考與討論”，該“思考與討論”中描述的情景其實(shí)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，不過(guò)不是在汽車(chē)上，而是在航天飛機(jī)中 投影；假設(shè)宇宙飛船質(zhì)量為M，它在地球表面附近繞地球傲勻逮圓周運(yùn)動(dòng)，其軌道半徑近似等于地球半徑R，航天員質(zhì)量為m，宇宙飛船和航天員受到的地球引力近似等于他們?cè)诘孛嫔系闹亓υ嚽笞搶?duì)宇航員的支持力此時(shí)飛船的速度多大?通過(guò)求解你可以得出什么結(jié)論? 生：通過(guò)整體法對(duì)宇宙飛船受力分析，并運(yùn)用牛頓第二定律可解得：宇宙飛船的速度為，再對(duì)宇航員進(jìn)行分析可得此時(shí)座椅對(duì)宇航員的支持力為零即航天員處于失重狀態(tài) 教師投影部分學(xué)生的推導(dǎo)過(guò)程，聽(tīng)取學(xué)生見(jiàn)解，

11、并點(diǎn)評(píng)、總結(jié)指出上面的分析僅僅是針對(duì)圓軌道而言的其實(shí)在任何關(guān)閉了發(fā)動(dòng)機(jī)又不受阻力的飛行器中，都是一個(gè)完全失重的環(huán)境 點(diǎn)評(píng)：通過(guò)實(shí)例分析，讓學(xué)生了解到航天器中的失重現(xiàn)象學(xué)習(xí)知識(shí)的同時(shí)激發(fā)學(xué)習(xí)物理學(xué)的興趣 四、離心運(yùn)動(dòng) 師：做圓周運(yùn)動(dòng)的物體一旦失去向心力的作用，它會(huì)怎樣運(yùn)動(dòng)呢?如果物體受的合力不足以提供向心力，它會(huì)怎樣運(yùn)動(dòng)呢?發(fā)表你的見(jiàn)解并說(shuō)明原因 生：我認(rèn)為做圓周運(yùn)動(dòng)的物體一旦失去向心力的作用，它會(huì)沿切線飛出去，如體育中的“鏈球”運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)員手一放后，“鏈球”馬上飛了出去 生：如果物體受的合力不足以提供向心力，它會(huì)做逐漸遠(yuǎn)離圓心的運(yùn)動(dòng)如：在電影中經(jīng)常看到，速度極快的汽車(chē)在急速轉(zhuǎn)彎時(shí)會(huì)有向外側(cè)滑寓

12、的現(xiàn)象 師：(聽(tīng)取學(xué)生代表的發(fā)育，點(diǎn)評(píng)、總結(jié))如果向心力突然消失，物體由于慣性，會(huì)沿切線方向飛出去如果物體受的合力不足以提供向心力，物體雖不能沿切線方向飛出去但會(huì)逐漸遠(yuǎn)離圓心這兩種運(yùn)動(dòng)都叫做離心運(yùn)動(dòng) 討論與思考 師：請(qǐng)同學(xué)們結(jié)合生活實(shí)際，舉出物體做離心運(yùn)動(dòng)的例子在這些例子中，離心運(yùn)動(dòng)是有益的還是有害的?你能說(shuō)出這些例子中離心運(yùn)動(dòng)是怎樣發(fā)生的嗎? 學(xué)生認(rèn)真思考并討論問(wèn)題，學(xué)生代表發(fā)表見(jiàn)解，相互間交流、討論 教師聽(tīng)取學(xué)生見(jiàn)解，點(diǎn)評(píng)、總結(jié)并投影出“洗衣機(jī)脫水時(shí)”和“高速運(yùn)動(dòng)的汽車(chē)轉(zhuǎn)彎時(shí)”的多媒體課件 點(diǎn)評(píng)：培養(yǎng)學(xué)生觀察生活的良好晶質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題的主動(dòng)求知的意識(shí) 課堂訓(xùn)練 1雜技演員在

13、做水流星表演時(shí)，用繩系著裝有水的水桶，在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)，若水的質(zhì)量m05 kg，繩長(zhǎng)l=60cm，求： (1)最高點(diǎn)水不流出的最小速率， (2)水在最高點(diǎn)速率v3 ms時(shí)，水對(duì)桶底的壓力 點(diǎn)評(píng)c抓住臨界狀態(tài)，找出臨界條件是解決這類(lèi)極值問(wèn)題的關(guān)鍵 思考：若本題中將繩換成輕桿，將桶換成球，上面所求的臨界速率還適用嗎? 2如圖684所示，在水平固定的光滑平板上，有一質(zhì)量為M的質(zhì)點(diǎn)P，與穿過(guò)中央小孔H的輕繩一端連著平板與小孔是光滑的，用手拉著繩子下端，使質(zhì)點(diǎn)做半徑為d、角速度為的勻速四周運(yùn)動(dòng)若繩子迅速放松至某一長(zhǎng)度而拉緊，質(zhì)點(diǎn)就能在以半徑為b的圓周上做勻速圓周運(yùn)動(dòng)求質(zhì)點(diǎn)由半徑a到b所需的時(shí)間及質(zhì)

14、點(diǎn)在半徑為b的圓周上運(yùn)動(dòng)的角速度3一根長(zhǎng)l0.625 m的細(xì)繩，一端拴一質(zhì)量m=0.4 kg的小球，使其在豎直平面內(nèi)繞繩的另一端做圓周運(yùn)動(dòng)，求： (1)小球通過(guò)最高點(diǎn)時(shí)的最小速度； (2)若小球以速度v=3.0ms通過(guò)圓周最高點(diǎn)時(shí)，繩對(duì)小球的拉力多大?若此時(shí)繩突然斷了，小球?qū)⑷绾芜\(yùn)動(dòng)?小結(jié) 師：請(qǐng)同學(xué)們根據(jù)自己對(duì)本節(jié)內(nèi)容的理解，在筆記本上將本節(jié)課的主要內(nèi)容進(jìn)行總結(jié) 學(xué)生認(rèn)真總結(jié)概括本節(jié)內(nèi)容，并把自己對(duì)這節(jié)課的體會(huì)寫(xiě)下來(lái) 生：我認(rèn)為本節(jié)課中需要我們掌握的關(guān)鍵是：一個(gè)要從力的方面認(rèn)真分析，搞清誰(shuí)來(lái)提供物體做圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力，能提供多大的向心力，是否可以變化，另一個(gè)方面從運(yùn)動(dòng)的物 理量本身去認(rèn)真

15、分析，看看物體做這樣的圓周運(yùn)動(dòng)究竟需要多大的向心力如果供需雙方正好 相等，則物體將做穩(wěn)定的圓周運(yùn)動(dòng)；如果供大于需，則物體將偏離圓軌道，逐漸靠近圓心，如果 供小于需，則物體將偏離圓軌道，逐漸遠(yuǎn)離圓心：如果外力突然變?yōu)榱?，則物體將沿切線方向做 勻速直線運(yùn)動(dòng) 投影部分學(xué)生的小結(jié)，所有同學(xué)比較投影出的小結(jié)和自己的小結(jié)，看誰(shuí)的更好，好在什么地方 點(diǎn)評(píng)：總結(jié)課堂內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生概括總結(jié)能力教師要放開(kāi)讓學(xué)生自己總結(jié)所學(xué)內(nèi)容，允許內(nèi)容的順序不同，從而構(gòu)建他們自己的知識(shí)框架 課外訓(xùn)練 1如圖687所示，汽車(chē)以一定的速度經(jīng)過(guò)一個(gè)圓弧形橋面的頂點(diǎn)時(shí)，關(guān)于汽車(chē)的受力及汽車(chē)對(duì)橋面的壓力情況，以下說(shuō)法正確的是( ) A.在

16、豎直方向汽車(chē)受到三個(gè)力：重力、橋面的支持力和向心力 B.在豎直方向汽車(chē)只受兩個(gè)力：重力和橋面的支持力 C.汽車(chē)對(duì)橋面的壓力小于汽車(chē)的重力 D汽車(chē)對(duì)橋面的壓力大于汽車(chē)的重力 2一輛汽車(chē)以速度。勻逮轉(zhuǎn)彎，若車(chē)輪與地面間的最大靜摩擦力為車(chē)重的k倍，求汽車(chē)轉(zhuǎn)彎的最小半徑 3一根原長(zhǎng)為20cm的輕質(zhì)彈簧，勁度系數(shù)k=20 Nm，一端拴著一個(gè)質(zhì)量為1 kg的小球，在光滑的水平面上繞另一端做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，此時(shí)彈簧的實(shí)際長(zhǎng)度為25 cm，如圖688所示求： (1)小球運(yùn)動(dòng)的線速度為多大? (2)小球運(yùn)動(dòng)的周期為多大?4一細(xì)繩拴一質(zhì)量m100 g的小球，在豎直平面內(nèi)傲半徑R=40 cm的圓周運(yùn)動(dòng)，取g10 ms

17、2，求； (1)小球恰能通過(guò)圓周最高點(diǎn)時(shí)的速度， (2)小球以v=30 ms的速度通過(guò)圓周最低點(diǎn)時(shí)，繩對(duì)小球的拉力； (3)小球v250ms的速度通過(guò)圓周最低點(diǎn)時(shí)，繩對(duì)小球的拉力 5質(zhì)量為m=0.02 kg的小球，與長(zhǎng)為l0.4 m的不計(jì)質(zhì)量的細(xì)桿一端連接，以桿的另一端為軸，在豎直面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)，當(dāng)小球運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)速度分別為v1=0，v2=l ms，v32 ms，v4=4 ms時(shí)，桿分別對(duì)小球施加什么方向的力?大小如何? 6一架滑翔機(jī)以180kmh的速率，沿著半徑為1 200m的水平圓弧飛行計(jì)算機(jī)翼和水平面間夾角的正切值(取g=10ms2) 7一輛m2.0X103 kg的汽車(chē)在水平公路上行駛，經(jīng)過(guò)半徑r=50m的彎路時(shí)，如果車(chē)速v72 kmh，這輛汽車(chē)會(huì)不會(huì)發(fā)生側(cè)滑?已知輪胎與路面間的最大靜摩擦力Fmax=1.4×104 N 8如圖689所示，圓弧形拱橋AB的圓弧半徑為40 m，橋高l0m，一輛汽車(chē)通過(guò)橋中央時(shí)橋受壓力為車(chē)重的1/2，汽車(chē)的速率多大?若汽車(chē)通過(guò)橋中央時(shí)對(duì)橋恰無(wú)壓力，汽車(chē)的落地點(diǎn)離AB中點(diǎn)P多遠(yuǎn)? 參考答案 1BC 2v2/kg 30.5 ms 314 s 4(1)2 ms (2)125 N (3)725 N 5O2N的支持力，015N的支持力