高一物理必修二57生活中的圓周運(yùn)動

1、5.7 生活中圓周運(yùn)動 教案 靜海一中 袁晶晶 一、教學(xué)目標(biāo)（一）知識與技能  1會在具體問題中分析向心力的來源，進(jìn)一步認(rèn)識和理解向心力是效果力，可以是物體所受其中一個(gè)力，可以是幾個(gè)力的合力，也可以是其中一個(gè)力沿某一方向的分力。  2運(yùn)用圓周運(yùn)動所學(xué)習(xí)和歸納的規(guī)律去分析、處理實(shí)際生活中的具體問題。  （二）過程與方法  1通過對火車在彎道處作勻速圓周運(yùn)動的實(shí)例分析，從軌道一樣高的運(yùn)動分析、受力分析、磨損介紹，到研究解決磨損的舉措，到提出改變軌道高度以達(dá)到改變支持力方向，從而是向心力由重力和支持力合力來提供以減少磨損的最終目標(biāo)，明確這類說圓周運(yùn)動解決思路，

2、提高學(xué)生分析和解決問題的能力。2.通過對汽車過拱形橋、凹形橋運(yùn)動實(shí)例進(jìn)行分析，解決為什么現(xiàn)實(shí)生活中設(shè)計(jì)的橋多為拱形橋這一疑惑點(diǎn)。（三）情感、態(tài)度和價(jià)值觀  通過現(xiàn)實(shí)生活中圓周運(yùn)動實(shí)例分析，物體做圓周運(yùn)動的條件是所需要的向心力和實(shí)際提供的向心力相等，同時(shí)為下一節(jié)解決離心運(yùn)動類問題和水平面、豎直面圓周運(yùn)動臨界條件做鋪墊。 二、教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)  【重點(diǎn)】： 在具體問題中能找到向心力的來源，并能根據(jù)從受力角度和運(yùn)動學(xué)方面找尋供需平衡，從而解決所求問題。  【難點(diǎn)】： 1，具體問題中向心力的來源分析，明確向心力是效果力，可以是某一個(gè)力，可以 是幾個(gè)力的合 2，記住解決圓周運(yùn)

3、動的“三定”和“一分析”，即確定軌道平面、確定圓心、確定半徑和分析向心力，解決實(shí)際圓周運(yùn)動問題。  三、教學(xué)過程（一）、創(chuàng)設(shè)問題情境，導(dǎo)入新課 情景導(dǎo)入： 師：同學(xué)們，在現(xiàn)實(shí)生活中我們都有這樣的感受就是乘坐汽車遇到彎道轉(zhuǎn)彎時(shí)，其實(shí)當(dāng)汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)看成汽車做圓周運(yùn)動，我們乘坐的汽車是安全行駛的，是什么提供了做圓周運(yùn)動的向心力那？生：輪胎和地面間的摩擦力，且摩擦力是指向圓心的，且汽車做的是水平面的圓周運(yùn)動。師：同學(xué)們分析的很正確，而且考慮得很周全。那么假設(shè)我們現(xiàn)在坐到了一列火車上，此列火車現(xiàn)在正在轉(zhuǎn)彎，那么火車具體是什么運(yùn)動形式呢？生：也是圓周運(yùn)動。師：帶著種種疑問，利用新學(xué)習(xí)的物理知識：圓

4、周運(yùn)動，向心加速度，向心力去分析解決生活中圓周運(yùn)動的具體實(shí)例-火車轉(zhuǎn)彎問題。<設(shè)計(jì)意圖>通過生活中的實(shí)例，引起學(xué)生對本節(jié)知識的高度重視，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)探索的興趣。（二）、授新過程1、板書鐵路的彎道師：一切讓我們從長計(jì)議，先來分析下：一列火車在平直軌道勻速行駛時(shí)，受力是如何的？生：（踴躍發(fā)言）受四個(gè)力：重力，支持力，牽引力和摩擦力。師：在解決轉(zhuǎn)彎問題前，為了研究的更加周全讓我們先來細(xì)致了解下火車的特點(diǎn)，以車輪為重點(diǎn)研究對象，因?yàn)樗桥c軌道直接接觸的部位。師：通過觀察課件中展示火車車輪圖片及類比生活中有軌道的地方，回答下列問題：火車車輪有什么特點(diǎn)？輪緣有什么作用。生：火車車輪有突起部分輪

5、緣；防止火車脫離軌道。師：仍然是剛才那列火車，勻速運(yùn)動到轉(zhuǎn)彎處時(shí)，如果還是一樣高度的軌道條件下，此時(shí)火車做什么運(yùn)動？受力情況如何？生：（踴躍發(fā)言）做圓周運(yùn)動，受重力，支持力，軌道對輪緣的彈力充提供（充當(dāng)）向心力。<設(shè)計(jì)意圖>培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力和分析問題的能力。師：這樣的設(shè)計(jì)有沒有什么危害和不足？（學(xué)生討論）生:由于火車質(zhì)量較大，長時(shí)間運(yùn)行的情況下，外側(cè)軌道對火車輪緣持續(xù)作用彈力，長時(shí)間會使兩種磨損較大，易損壞，不安全。師：鑒于以上存在的實(shí)際問題，應(yīng)采取怎樣的措施進(jìn)行有效的改進(jìn)呢？<設(shè)計(jì)意圖>通過學(xué)生的思考，突破本節(jié)的難點(diǎn)。生：由于目的在于減少內(nèi)外軌對于輪緣的擠壓，我們可

6、從向心力來源角度入手去分析，重力方向不能改變，試著通過改變支持力去達(dá)到減少磨損的目的，兩側(cè)軌道高度不一樣便可達(dá)到這一目的，火車受的重力和支持力的合力提供向心力，圓心在水平面，即火車轉(zhuǎn)彎時(shí)做水平面內(nèi)圓周運(yùn)動。F=mgtan=mv2/r師：通過火車在轉(zhuǎn)彎時(shí)的受力分析， 明確同時(shí)注意，如果題目中給出兩軌道間距離L、外軌抬高的高度h，也可以已知量去表示V0師：如果火車速度超過會怎樣？達(dá)不到這個(gè)速度又會怎樣？生：如果火車速度超過規(guī)定的速度，重力和支持力的合力將小于需要的向心力，所差的仍需由外軌對輪緣的彈力來彌補(bǔ)；如果火車的速率小于規(guī)定的速度，重力和支持力的合力將大于需要的向心力，超出的則由內(nèi)軌對內(nèi)側(cè)車輪

7、輪緣的彈力來平衡。<師生總結(jié)>由火車轉(zhuǎn)彎安全的規(guī)定速度入手分析：時(shí)：內(nèi)、外軌道對火車兩側(cè)車輪輪緣都無壓力。： 外軌道對車輪輪緣有向內(nèi)的側(cè)壓力。 當(dāng)車速過大時(shí)，火車容易發(fā)生脫軌。： 內(nèi)軌道對車輪輪緣有向外的側(cè)壓力。<設(shè)計(jì)意圖>通過學(xué)生的分析和師生共同總結(jié)，理解火車轉(zhuǎn)彎時(shí)的速度限制應(yīng)該限制在什么范圍之內(nèi)，這個(gè)速度又與哪些因素有關(guān)；火車提速情況下保證乘客安全可行性方案，從而突出火車轉(zhuǎn)彎問題學(xué)生們應(yīng)重點(diǎn)掌握的知識和解題思想。師：科技是在進(jìn)步的，火車是會提速的，隨著火車的提速，舊的軌道會帶來越來越多的不便，因?yàn)榛疖嚸看谓?jīng)過此段路面時(shí)都要減到規(guī)定速度，是很不方便的，所以要對軌道進(jìn)行

8、改造。對于提速后的火車，我們應(yīng)該如何改造路面呢？生：可以加大火車做圓周運(yùn)動的軌道平面半徑，也可以加大內(nèi)外軌的高度差，即抬高外側(cè)軌道，但前者實(shí)施起來較困難，所以現(xiàn)實(shí)生活中多采取后者。師：那如何確定內(nèi)外軌的高度差h呢？ 假設(shè)提速后火車速度為，鐵路彎道的半徑是根據(jù)地形條件決定的，這里設(shè)為r，是高度差h應(yīng)該是多少呢？（學(xué)生思考分析，教師巡視答疑）師：我們知道最好的方式就是由重力與支持力的合力提供向心力，是有當(dāng)路面向圓心一側(cè)傾斜的角度不太大時(shí)，由于，其中為軌距，上式變?yōu)?，所以可用來?jì)算值的大小?！菊n堂例題】例：一段鐵路轉(zhuǎn)彎處，內(nèi)外軌高度差為h10cm，彎道半徑為r625m，軌距L1250 mm，求這段彎

9、道的設(shè)計(jì)速度v0是多大？(g10m/s2)【小試牛刀】例：在一次汽車?yán)愔校囈?jīng)過某半徑為R的圓弧形水平軌道，地面對汽車的最大靜摩擦力為車重的0.1倍，汽車要想通過該彎道時(shí)不發(fā)生側(cè)滑，那么汽車的行駛速度不應(yīng)大于( D )<學(xué)生板演><設(shè)計(jì)意圖>提高學(xué)生綜合應(yīng)用知識解決實(shí)際問題的能力，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生舉一反三的能力。2、 板書拱形橋<問題引入>生活中我們所在的橋多為拱形橋，很少見到凹形橋？這其中有什么設(shè)計(jì)理念呢？就我們所學(xué)物理知識，今天來一起去探討和分析解決心中的疑問。<設(shè)計(jì)意圖>提升學(xué)生的感性認(rèn)識，激發(fā)深入探討研究的興趣。師：汽車過拱形橋最高點(diǎn)

10、時(shí)飛離地面的原因時(shí)什么？生：汽車速度太大。師：汽車過拱形橋最高點(diǎn)時(shí)也需要限制速度，那么，這個(gè)速度與哪些因素有關(guān)？過最高點(diǎn)時(shí)地面的支持力與汽車重力又存在怎樣的大小關(guān)系？下面，我們在實(shí)際生活中汽車過拱形橋和凹形橋的實(shí)例中找尋答案。例：一輛質(zhì)量的小轎車，駛過半徑R的一段凸形圓弧橋面，重力加速度g 求：汽車以速度V通過橋面最高點(diǎn)時(shí)，對橋面壓力是多大?當(dāng)汽車速度哦是多少時(shí)，汽車對橋恰沒壓力？<學(xué)生板演> 汽車通過拱形橋面最高點(diǎn)時(shí)，重力與支持力的合力提供向心力。由向心力公式有 解得橋面的支持力大小為<設(shè)計(jì)意圖>培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析問題、解決問題的能力，體會成功求知的喜悅、激發(fā)學(xué)習(xí)物理

11、的興趣。<師生總結(jié)>當(dāng)FN=0時(shí)，汽車的速度為，就會發(fā)生汽車飛離地面。<設(shè)計(jì)意圖>理解汽車過拱形橋最高點(diǎn)時(shí)的速度與哪些因素有關(guān)，知道過最高點(diǎn)時(shí)地面的支持力與汽車重力的大小關(guān)系。師：那現(xiàn)在同樣的汽車如果過凹形橋有有何特點(diǎn)呢？(學(xué)生自主探究,學(xué)生代表發(fā)言)生：總結(jié)出來求解的公式，分析討論在運(yùn)動到凹形橋最低點(diǎn)時(shí)，向心力是支持力減去重力，從而發(fā)現(xiàn)到最低點(diǎn)時(shí)，汽車對橋的壓力超過自身重力，較容易損壞橋梁。師：同學(xué)們發(fā)現(xiàn)汽車運(yùn)動到拱形橋最高點(diǎn)時(shí)，橋所受壓力小于汽車重力，而運(yùn)動到凹形橋最低點(diǎn)時(shí)橋所受壓力大于小車重力，相比之下就發(fā)現(xiàn)為什么現(xiàn)實(shí)生活中橋梁多以拱形橋?yàn)橹髁?，從防止時(shí)間長橋梁受

12、損嚴(yán)重，直接影響行人安全角度考慮。（師生共同歸納總結(jié)）設(shè)計(jì)意圖進(jìn)一步強(qiáng)化解決圓周運(yùn)動的核心思想-注意“供”“需”平衡。【例】有一質(zhì)量為800Kg的小汽車駛上圓弧半徑為50m的拱橋。（1）汽車到達(dá)橋頂時(shí)速度為5m/s，汽車對橋的壓力是多大？（2）汽車以多大的速度經(jīng)過橋頂時(shí)恰好對橋沒有壓力？【鞏固訓(xùn)練】 一輛質(zhì)量m=2.0t的小轎車，駛過半徑R=90m的一段圓弧形橋面，重力加速度g=10m/s2。求：（1）若橋面為凹形，汽車以20m/s的速度通過橋面最低點(diǎn)時(shí)，對橋面壓力是多大？（2）若橋面為凸形，汽車以10m/s的速度通過橋面最高點(diǎn)時(shí)，對橋面壓力是多大？（3）汽車以多大速度通過凸形橋面頂點(diǎn)時(shí)，對橋

13、面剛好沒有壓力？（三）課堂小結(jié) （1）生活中做圓周運(yùn)動的條件是滿足提供的向心力等于需求的向心力，是解決圓周運(yùn)動的核心思想，從物體受力情況和運(yùn)動情況兩個(gè)角度去分析物體，尋找向心力來源也是本節(jié)再次強(qiáng)化訓(xùn)練的問題。 （2）兩個(gè)實(shí)際生活實(shí)例分析： 火車轉(zhuǎn)彎-明確外軌略高于內(nèi)軌，達(dá)到減少軌道擠壓，降低磨損的目的，同時(shí)面對火車提速并且以保證乘客安全為最終目的情況下，通過改變軌道半徑或者內(nèi)外軌道傾角實(shí)現(xiàn)，但改變傾角更易操作實(shí)施。 拱形橋-通過研究新車通過拱形橋、凹形橋的運(yùn)動情況及受力情況，分析為什么現(xiàn)實(shí)生活中拱形橋最普遍，以此達(dá)到解決現(xiàn)實(shí)生活中圓周運(yùn)動系列問題的目的。（四）布置作業(yè)：書30頁 題及導(dǎo)學(xué)案四、板書設(shè)計(jì)5.7 生活中的圓周運(yùn)動一、鐵路的彎道1、