生活中的圓周運動教學設計與反思

1、生活中的圓周運動教學案例【教學目標】1.進一步加深對向心力的認識，會在實際問題中分析向心力的來源2.培養(yǎng)學生獨立觀察、分析問題、解決問題的能力提高學生概括總結(jié)知識的能力教學重難點重點：分析具體問題中向心力的來源難點：離心運動現(xiàn)象的理解教學手段Powerpoint演示文稿教學過程導入新課教師展示生活中的圓周運動實例的圖片，引人新課學生觀察思考，逐步進人學習狀態(tài)復習問題物體做圓周運動需要向心力的作用，向心力的來源是怎樣的呢？學生思考，集體回答教師生活中有很多物體在做圓周運動，它們的向心力是由哪些力來提供呢？這節(jié)課我們結(jié)合生活中一些具體的問題來分析向心力的來源問題板書第八節(jié)生活中的圓周運動進行新課一

2、、火車轉(zhuǎn)彎教師展示火車圖片火車沿直線運動的情況學生分析火車車輪的特殊結(jié)構(gòu)教師提問請根據(jù)你了解的以及你剛才從圖片中觀察到的情況，說一說火車的車輪結(jié)構(gòu)如何，軌道的結(jié)構(gòu)如何學生思考討論，分析得出結(jié)論：車輪內(nèi)側(cè)輪緣半徑大于車輪半徑軌道將兩車輪的輪緣卡在里面問題1火車在平直的軌道上勻速行駛時，所受的合力如何？學生火車在平直的軌道上勻速行駛時，所受的合力等于零教師展示火車轉(zhuǎn)彎行使的圖片，并提示學生注意觀察火車的運動情況問題2如果軌道是水平的，火車轉(zhuǎn)彎時火車做曲線運動，所受外力怎么樣？學生觀察思考，討論分析個別學生回答軌道水平時，重力和支持力，軌道對輪緣的支持力，以及向后的摩擦力問題3如果軌道是水平的，火車

3、轉(zhuǎn)彎時，做曲線運動，需要的向心力由哪些力來提供呢學生交流，分析問題個別學生回答應該由火車輪緣所受的向里的支持力（即：軌道時它的側(cè)壓力）來提供問題4大家知道，火車質(zhì)量很大，行駛速度也不是很小，如此以來，長時間后，軌道會怎么樣呢？學生討論后回答如果靠這種方法獲得向心力，輪緣與外軌的相互作用力會很大，長期以來，軌道就會受到損壞問題5如何來改進，才能夠使軌道不容易損壞呢？提示：從分析向心力的來源著手學生交流，得出結(jié)論設計：使路面向圓心一側(cè)傾斜一個很小的角度，使外軌略高于內(nèi)軌在轉(zhuǎn)彎處使外軌略高于內(nèi)軌，重力和支持力的合力提供了向心力，這樣，外軌就不受輪緣的擠壓了教師展示（1）火車轉(zhuǎn)彎時候的圖片，提醒學生觀

4、察軌道的情況（2）火車轉(zhuǎn)彎時的受力圖，強調(diào)軌道支持的方向板書：火車受力圖如圖，列方程得出向心力的表達式教師總結(jié)（1）如果在轉(zhuǎn)彎處使外軌道略高于內(nèi)軌道，火車受力不是豎直的，而是斜向軌道內(nèi)側(cè)它與重力的合力指向圓心，成為使火車轉(zhuǎn)彎的向心力（2）如果根據(jù)R和火車行駛速度v適當調(diào)整內(nèi)外軌道的高度差，使轉(zhuǎn)彎時所需要的向心力完全由重力G和支持力FN的合力提供，這樣外軌道就不再受輪緣的擠壓了問題6當軌道平面與水平面之間的夾角和轉(zhuǎn)彎半徑R確定的時候，速度多大時軌道不受擠壓？學生討論求解，得出結(jié)果問題7如果火車實際行駛的速度大于此速度時，向心力應該由哪些力提供？如果小于此速度又怎么樣呢？學生歸納總結(jié)，交流討論，得

5、出結(jié)論教師大家在課余時間可以深入討論一下，公路轉(zhuǎn)彎處路面的特點例題1如圖所示，半徑為R的球殼，內(nèi)壁光滑，當球殼繞豎直方向的中心軸轉(zhuǎn)動時，一個小物體恰好相對靜止在球殼內(nèi)的P點，OP連線與豎直軸夾角為試問：球殼轉(zhuǎn)動的周期多大？解析小物體受重力mg和球殼支持力N的作用：重力豎直向下，支持力垂直于球殼的內(nèi)壁指向球心O，它們的合力沿水平方向指向豎直轉(zhuǎn)軸，大小為mgtan；小物體在水平面中做圓周運動，圓半徑為r=Rsin，設球殼轉(zhuǎn)動的角速度為w，則小物體做圓周運動的運動方程為mgtan=mw2Rsin，得由，可知球殼轉(zhuǎn)動周期為點撥（1）相對靜止于球殼內(nèi)P處的小物體做勻速圓周運動的向心力來源于重力mg和球殼

6、對其支持力FN的合力由力的平行四邊形定則可確定其合力與分力間的關(guān)系（2）小物體所受的合外力（即向心力）的方向與向心加速度方向相同，垂直于轉(zhuǎn)軸指向軌道圓心O而不是指向球殼的球心O問題討論使球殼繞豎直方向的中心軸轉(zhuǎn)動的角速度增大或減小，當小物體仍與球殼相對靜止時，這一相對靜止點P將在球殼內(nèi)發(fā)生怎樣的位置變化？試就該題的計算結(jié)果加以討論二、汽車過拱橋問題1如果汽車在水平路面上勻速行駛或靜止時，在豎直方向上受力如何？學生分析得出：重力G和地面的支持力FN，并且二者平衡，如圖教師如果是拱形橋呢？汽車以某一速度通過橋的最高點的時候，橋面受到的壓力如何？教師展示汽車通過拱橋的圖片，讓學生有感性認識板書二、汽

7、車過拱橋教師引導學生分析受力情況：當汽車在橋面上運動過最高點時，重力G和橋的支持力FN在一條直線上，它們的合力是使汽車做圓周運動的向心力F向教師展示圖，引導學生明確研究對象，分析受力情況，利用牛頓第二定律解決問題分析過程（1）分析汽車的受力情況；（2）找圓心；（3）確定F合即F向心力的方向；（4）列方程學生活動列方程，得出結(jié)論汽車對橋面的壓力教師提問根據(jù)上式，你能夠得出什么結(jié)論？學生討論分析，得出結(jié)論：1汽車對橋面的壓力FN小于汽車的重力G；2汽車行駛的速度越大，汽車對橋面的壓力越小教師試分析如果汽車的速度不斷地增大，會有什么現(xiàn)象發(fā)生呢學生分析、討論交流，個別學生總結(jié)板書1當速度不斷增大的時候

8、，壓力會不斷減小，當達到時，汽車對橋面完全沒有壓力，汽車就“飄離”橋面教師提問如果汽車的速度比這個速度更大呢？汽車會怎么運動呢？提示學生分析，汽車此時受力怎么樣？速度方向怎么樣？速度和加速度方向如何？學生思考分析，討論教師總結(jié)并板書：2汽車以大于或等于v0的速度駛過拱形橋的最高點時，汽車與橋面的相互作用力為零，汽車只受重力，又具有水平方向的速度v，因此汽車將做平拋運動教師提問如果橋面是凹下去的凹形橋，汽車行駛在最低點時，橋面受到的壓力如何呢？學生根據(jù)上面分析拱形橋的思路，自己分析汽車通過凹形橋時對橋面的壓力，此時壓力和汽車的重力比較，誰大？速度變化時，壓力怎么變呢？個別學生到黑板上板書：凹形橋

9、上最低點，汽車豎直方向受力如圖所示，汽車對橋面的壓力教師展示圖片，如圖，輔導其他學生分析問題對學生所做的分析和求解過程進行評價教師前面我們曾經(jīng)學習過超重和失重現(xiàn)象，那么對兩種情況來看，在拱形橋的最高點，和凹形橋的最低點，汽車分別處于哪種狀態(tài)呢？學生回想前面的知識，回憶超重和失重現(xiàn)象的知識，分析問題教師引導學生分析問題得出結(jié)論：超重和失重現(xiàn)象不只發(fā)生在豎直方向運動的物體上只要有豎直方向的加速度就會有超重、失重現(xiàn)象，而與速度方向無關(guān)教師展示例題2，引導學生明確題意例題2如圖所示，汽車質(zhì)量為1.5×104kg，以不變的速率先后通過凹形橋和拱形橋，橋面半徑為15m，如果橋面承受的最大壓力不得

10、超過20 × 105N，汽車允許的最大速率是多少？汽車以此速率通過橋面時對橋面的最小壓力應該是多少？教師提問汽車在何處受到的支持力大？受力如何？做圓周運動的圓心在哪里？學生認真思考，分析討論解在最低點時，汽車受到的支持力大于重力，在最高點時所受的支持力小于重力，所以在計算時應該以最低點為標準計算（1） 在最低點，受力如圖，由牛頓第二定律可知解得v707ms.（2）在最高點時，汽車受支持力最小，為FN2，如圖所示，由牛頓第二定律有解得FN21.0×105N教學說明上述過程中汽車做的不是勻速圓周運動，我們?nèi)允褂昧藙蛩賵A周運動的公式，原因是向心力和向心加速度的公式對于變速圓周運動

11、同樣適用三、航天器中的失重現(xiàn)象教師提問火車轉(zhuǎn)彎，汽車過拱橋，都屬于圓周運動的一部分，我們根據(jù)受力以及牛頓定律分析，明確了它們的情況，宇宙飛船也是做曲線運動，可以看成圓周運動的，那么飛船和艙內(nèi)的宇航員受力情況怎么樣呢？展示圖片，太空中飛行的宇宙飛船板書三、航天器中的失重現(xiàn)象學生閱讀課本，思考討論問題1繞地球做勻速圓周運動的飛船中，宇航員是否受力？學生分析受力情況，得出結(jié)論問題2航天員受力：FN=0時，v=？學生回答當FN=0時，速率，此時宇航員處于完全失重狀態(tài)教師展示錄像片，運轉(zhuǎn)中的宇宙飛船，其中宇航員的狀態(tài)學生觀看錄像片，加深對航天員處于完全失重狀態(tài)情形的認識四、離心運動教師物體做圓周運動時，

12、如果某一時刻，充當向心力的力突然消失，物體將會怎么樣呢？這就是我們下面要學習的離心現(xiàn)象播放錄像片，提示學生，認真觀察現(xiàn)象學生1觀看錄像片，觀察離心現(xiàn)象，思考其中的規(guī)律2學生看書，總結(jié)規(guī)律板書四、離心運動問題1什么是離心運動？2離心運動的應用有哪些？3離心運動的危害與防止學生分析總結(jié)，個別學生回答跟蹤練習1作業(yè)設計補充習題第（l）題1向心力是按效果命名的，它可以是重力、彈力或摩擦力，也可以是這些力的合力或分力所提供2靜摩擦力是由物體的受力情況和運動情況決定的問題討論有的同學認為，做圓周運動的物體有沿切線方向飛出的趨勢，靜摩擦力的方向應該與物體的運動趨勢方向相反你認為他的說法對嗎？為什么？跟蹤練習

13、2作業(yè)設計補充習題第（4）題點撥本題雖是豎直平面內(nèi)的圓周運動，但由題述可知是勻速率的而不是變速率的題目所求A對桿的作用力，可通過求解桿對A的反作用力得到答案A經(jīng)越最高點時，桿對A的彈力必沿桿的方向，但它可以給A以向下的拉力，也可以給A以向上的支持力在事先不易判斷該力是向上還是向下的情況下，可先采用假設法：例如先假設桿向下拉A，若求解結(jié)果為正值，說明假設方向正確；求解結(jié)果為負值，說明實際的彈力方向與假設方向相反問題討論該題中A球分別以lms和4ms的速度越過最低點時，A對桿的作用力的大小、方向又如何？上面的桿如果換成繩子，A能不能以lms的速率沿圓周經(jīng)越最高點？A能沿圓周經(jīng)越最高點的最小速率為多

14、少？若桿能承受的拉力和壓力各有一個最大值，怎樣確定球A做勻速圓周運動的速率范圍？教師活動對本節(jié)內(nèi)容進行總結(jié)課堂小結(jié)學生總結(jié)回答1物體除受到各個作用力外，還受一個向心力嗎？2對于火車轉(zhuǎn)彎時，向心力由什么提供？3汽車通過凹形或凸形拱橋時對橋的壓力與重力的關(guān)系如何？4用向心力公式求解有關(guān)問題時的解題步驟如何？（1）明確研究對象，確定它在哪個平面內(nèi)做圓周運動，找到圓心和半徑（2）確定研究對象在某個位置所處的狀態(tài)，進行具體的受力分析，分析哪些力提供了向心力（3）根據(jù)牛頓第二定律，以及向心力公式列方程（4）解方程，對結(jié)果進行必要的討論作業(yè)設計1課本P26第1、2、3、4題板書設計教學反思1.對于向心力的來源問題是學生學習過程中的難點問題學生常常誤認為向心力是一種特殊的力，是做勻速圓周運動的物體另外受到的力就如何正確認識向心力的來源，我在教學中注意通過多分析實例使學生獲得正確認識同時注意讓學生明確：這里的分析和計算所依據(jù)的仍是普遍的運動規(guī)律一牛頓第二定律，只是這里的加速度是向心加速度2.關(guān)于向心力和向心加速度的公式也適用于變速圓周運動，這一問題，只是分析物體在特殊點（該處物體所受合外力全部提供向心力，無切向分力）的向心力和向心加速度課本分析了汽車（代表物體）通過拱橋（凸形橋和凹形橋）頂點（最高點和最低點）時的力、速度、加速度等問題汽車