高中物理人教版第五章曲線運(yùn)動(dòng)生活中的圓周運(yùn)動(dòng) 全國獲獎(jiǎng)

生活中的圓運(yùn)動(dòng)教學(xué)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)思想本節(jié)課是牛頓第二定律的應(yīng)用，生活實(shí)例較多,適合培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用物理知識(shí)解決分析實(shí)際問題的能力.是對(duì)前面所學(xué)知識(shí)的綜合運(yùn)用，在本單元中地位重要。.本節(jié)的兩個(gè)基本任務(wù)是分析向心力的來源與圓周運(yùn)動(dòng)中的動(dòng)力學(xué)關(guān)系,因此對(duì)這兩個(gè)目標(biāo)的完成貫穿整個(gè)教學(xué)過程.自行車轉(zhuǎn)彎時(shí)是否會(huì)向外滑動(dòng)的分析是一個(gè)難點(diǎn),火車轉(zhuǎn)彎時(shí)軌道的設(shè)計(jì)方案是難點(diǎn),由凸凹橋問題引深到豎直平面的圓運(yùn)動(dòng)問題是難點(diǎn)，都通過探究、交流、討論的方法解決。對(duì)物體做離心運(yùn)動(dòng)的條件,通過學(xué)生親自做實(shí)驗(yàn),親身體驗(yàn),并且交流總結(jié)的方式得出結(jié)論,以增加學(xué)生對(duì)物體做圓周運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)關(guān)系的直覺性.教學(xué)目標(biāo)知識(shí)與技能：1．知道如果一個(gè)力或幾個(gè)力的合力的效果是使物體產(chǎn)生向心加速度，它就是圓周運(yùn)動(dòng)的物體所受的向心力．會(huì)在具體問題中分析向心力的來源．2．能運(yùn)用勻速圓周運(yùn)動(dòng)的規(guī)律分析和處理生產(chǎn)和生活中的具體實(shí)例．過程與方法：1．通過對(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)生分析和解決問題的能力．2．通過勻速圓周運(yùn)動(dòng)的規(guī)律也可以在變速圓周運(yùn)動(dòng)中使用，滲透特殊性和一般性之間的辯證關(guān)系，提高學(xué)生的分析能力．3．通過對(duì)離心現(xiàn)象的實(shí)例分析，提高學(xué)生綜合應(yīng)用知識(shí)解決問題的能力．情感、態(tài)度與價(jià)值觀：1．通過對(duì)幾個(gè)實(shí)例的分析，使學(xué)生明確具體問題必須具體分析，理解物理與生活的聯(lián)系，學(xué)會(huì)用合理、科學(xué)的方法處理問題．．2．通過離心運(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)來看待問題．3．養(yǎng)成良好的思維表述習(xí)慣和科學(xué)的價(jià)值觀．教學(xué)重點(diǎn)1．理解向心力是一種效果力．2．在具體問題中能找到是誰提供向心力的，并結(jié)合牛頓運(yùn)動(dòng)定律求解有關(guān)問題．教學(xué)難點(diǎn)1．具體問題中向心力的來源．2．關(guān)于對(duì)臨界問題的討論和分析．3．對(duì)變速圓周運(yùn)動(dòng)的理解和處理．教學(xué)資源演示器材:小球,碗視頻:火車轉(zhuǎn)彎，汽車過凸凹橋。學(xué)生自己騎自行車轉(zhuǎn)彎圖片：物體的離心運(yùn)動(dòng)，離心式洗衣機(jī)、水泵教法設(shè)計(jì)講授探究式、合作探究式、實(shí)驗(yàn)探究式、講授式教學(xué)過程教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)意圖新課導(dǎo)入新課教學(xué)交流與討論師生互動(dòng)課堂訓(xùn)練交流、討論課堂總結(jié)點(diǎn)評(píng)作業(yè)舉例:自行車轉(zhuǎn)彎問題.引導(dǎo)學(xué)生分析:(1)圓周運(yùn)動(dòng)的圓平面、圓心、半徑(2)分析圓周運(yùn)動(dòng)的向心力來源(3)寫出圓周運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)關(guān)系式(4)結(jié)合實(shí)際和理論討論圓周運(yùn)動(dòng)條件（觀察圖片或視頻資料,結(jié)合自身體驗(yàn),體會(huì)自行車轉(zhuǎn)彎時(shí)的受力情況）一、鐵路的彎道用多媒體課件模擬在平直軌道上勻速行駛的火車，介紹火車車輪構(gòu)造.然后投影出課本第23頁的圖5．8—1并提出問題：1．火車受幾個(gè)力作用?2．這幾個(gè)力的關(guān)系如何?過渡；那火車轉(zhuǎn)彎時(shí)情況會(huì)有何不同呢?多媒體課件：模擬平直軌道火車轉(zhuǎn)彎情形．提出問題：1．轉(zhuǎn)彎與直進(jìn)有何不同?2．畫出受力示意圖，并結(jié)合運(yùn)動(dòng)情況分析各力的關(guān)系．進(jìn)一步分析：火車轉(zhuǎn)彎時(shí)是如何獲得向心力的?由外側(cè)車輪的輪緣擠壓外鐵軌，使外鐵軌發(fā)生彈性形變，外軌對(duì)輪緣的彈力就是火車轉(zhuǎn)彎的向心力。提出問題：擠壓的后果會(huì)怎樣?應(yīng)該如何解決這一實(shí)際問題?結(jié)合學(xué)過的知識(shí)加以討論，提出可行的解決方案，并畫出受力圖，確定圓心所在的平面，得到分析說明向心力的來源．投影學(xué)生的受力圖，進(jìn)行定性分析；如圖5．8—3所示．火車受的重力和支持力的合力提供向心力，對(duì)內(nèi)外軌都無擠壓，這樣就達(dá)到了保護(hù)鐵軌的目的．強(qiáng)調(diào)說明：向心力是水平的．進(jìn)一步討論提高：實(shí)際的鐵路上為什么轉(zhuǎn)彎處的半徑和火車運(yùn)行速度有條件限制?如果你是設(shè)計(jì)師,在鐵路某處,有一個(gè)曲率半徑是1200m的彎道,列車的速度是80km/h.如果你是鐵路設(shè)計(jì)的工程師,內(nèi)外軌道的傾斜度多大?討論交流:戰(zhàn)斗機(jī)在空中轉(zhuǎn)彎時(shí),分析向心力的來源?玻璃球沿碗的內(nèi)壁作勻速圓周運(yùn)動(dòng)(若忽略摩擦),這時(shí)分析向心力的來源.(演示)二、拱形橋播放錄像，交通工具(自行車、汽車等)過拱形橋．投影問題情境：質(zhì)量為m的汽車在拱形橋上以速度v行駛，若橋面的圓弧半徑為R，試畫出受力分析圖，分析汽車通過橋的最高點(diǎn)時(shí)對(duì)橋的壓力．通過分析，你可以得出什么結(jié)論?進(jìn)一步考慮當(dāng)汽車對(duì)橋的壓力剛好減為零時(shí)，汽車的速度有多大．當(dāng)汽車的速度大于這個(gè)速度時(shí)，會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象?把F’N=0代人上式可得，此時(shí)汽車的速度為，當(dāng)汽車的速度大于這個(gè)速度時(shí)，就會(huì)發(fā)生汽車飛出去的現(xiàn)象．這種現(xiàn)象我們?cè)陔娪袄锟吹竭^．下面再一起共同分析汽車通過凹形橋最低點(diǎn)時(shí)，汽車對(duì)橋的壓力比汽車的重力大些還是小些．畫出汽車的受力圖，推導(dǎo)出汽車對(duì)橋面的壓力想一想：剛才分析了汽車在拱形橋最高點(diǎn)的情形，如果汽車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，又如何來研究這一問題呢?總結(jié)：前面的結(jié)論能直接運(yùn)用，不過此時(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)的方法來處理．例：一輛質(zhì)量m=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(duì)橋面壓力是多大?(2)若橋面為凸形，汽車以l0m／s的速度通過橋面最高點(diǎn)時(shí)，對(duì)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(duì)橋面剛好沒有壓力三、航天器中的失重現(xiàn)象從剛才研究的一道例題可以看出，當(dāng)汽車通過拱形橋凸形橋面頂點(diǎn)時(shí)，如果車速達(dá)到一定大小，則可使汽車對(duì)橋面的壓力為零．如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)車的支持力是零?這時(shí)駕駛員與座椅之間的壓力是多少?他這時(shí)可能有什么感覺?投影課本第25頁上面的“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)，不過不是在汽車上，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做勻速圓周運(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Γ嚽笞搶?duì)宇航員的支持力．此時(shí)飛船的速度多大?通過求解．你可以得出什么結(jié)論?教師總結(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．四、離心運(yùn)動(dòng)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)表你的見解并說明原因．結(jié)合生活實(shí)際，舉出物體做離心運(yùn)動(dòng)的例子．棉花糖的制作就是使用了離心現(xiàn)象.把白糖放在機(jī)器中間的一個(gè)小盒子里，加熱熔化后，轉(zhuǎn)動(dòng)小盒子，糖絲就從盒子上的小孔中出來，用一小棒纏繞起來，就是棉花糖了.那么棉花糖的形成過程中，是盒子轉(zhuǎn)動(dòng)快了容易形成，還是轉(zhuǎn)動(dòng)慢了容易形成？(2)在化學(xué)實(shí)驗(yàn)室中，常用離心分離器(如圖所示)把渾濁液體中所含的不溶于液體的固體顆粒快速沉淀下來.離心分離器在化學(xué)、醫(yī)學(xué)、食品等工業(yè)部門和近代尖端技術(shù)(如制造原子彈、氫彈等)中都有廣泛應(yīng)用.在這兩幅圖片中，哪一幅的離心分離器在轉(zhuǎn)動(dòng)？如果轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)試管與豎直方向的夾角發(fā)生變化，是轉(zhuǎn)速大了夾角大，還是轉(zhuǎn)速小了夾角大？(3)洗衣機(jī)的脫水缸（4）自行車(汽車)轉(zhuǎn)彎;火車轉(zhuǎn)彎;離心現(xiàn)象同時(shí)呈現(xiàn),在分析這些實(shí)際現(xiàn)象中都用到什么樣的思維程序.你認(rèn)為做圓周運(yùn)動(dòng)的條件.（看書26頁圖——10）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)．思考與練習(xí)：雜技演員在做水流星表演時(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m＝kg，繩長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v＝3m／s時(shí)，水對(duì)桶底的壓力．點(diǎn)評(píng)：抓住臨界狀態(tài)，找出臨界條件是解決這類極值問題的關(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?發(fā)展空間:水流星,學(xué)生自己動(dòng)手探究作業(yè)：課本——4學(xué)生在教師引導(dǎo)下探究并完成分析圓周運(yùn)動(dòng)的基本技能火車受到4個(gè)力的作用，各為兩對(duì)平衡力，即合外力為零．轉(zhuǎn)彎時(shí)火車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．由于火車質(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．若火車的拐彎處軌道面傾角為θ，應(yīng)有：當(dāng)r、θ一定時(shí)，車以相應(yīng)速度v行駛，可不受外軌的旁推力作用，當(dāng)然外軌、內(nèi)軌均不受車的推力的作用。但若車速v′>v，則仍需外軌對(duì)車有向內(nèi)的推力，若車速過大，F(xiàn)′仍不能滿足車拐彎所需的向心力，火車仍有出事故的危險(xiǎn)。若v″<v，則內(nèi)軌需使用向外的推力觀察學(xué)生進(jìn)一步交流,協(xié)作分析實(shí)際問題由牛頓第二定律列出方程求出汽車受到的支持力：由牛頓第三定律求出橋面受到的壓力．F’N=G—mv2/r可見，汽車對(duì)橋的壓力F’N小于汽車的重力G，并且壓力隨汽車速度的增大而減小。通過對(duì)汽車進(jìn)行受力分析．汽車通過凹形橋最低點(diǎn)時(shí)，汽車對(duì)橋的壓力比汽車的重力大．讓學(xué)生在黑板上做學(xué)生獨(dú)立分析以上提出的問題，并在練習(xí)本上畫出受力分析圖，嘗試解答．通過整體法對(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)．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．通過討論增加學(xué)生對(duì)物體做圓周運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)關(guān)系的理解.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)?？吹剑俣葮O快的汽車在急速轉(zhuǎn)彎時(shí)．會(huì)有向外側(cè)滑離的現(xiàn)象．激發(fā)興趣引出課題圓周運(yùn)動(dòng)模型的構(gòu)建,分析向心力來源,圓周運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)關(guān)系.通過對(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)生分析和解決問題的能力．鞏固學(xué)生分析實(shí)際問題的能力分析向心力的來源.培養(yǎng)學(xué)生聯(lián)系實(shí)際的能力和規(guī)范解題格式通過實(shí)例分析，讓學(xué)生了解到航天器中的失重象．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．．離心運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用和防止．學(xué)生討論鞏固練習(xí)，提升加