杨晓旭人教版必修二 第五章 第7节 生活中的圆运动 教学设计

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生活中的圆运动 教学设计

设计

思想

本节课是牛顿第二定律的应用，生活实例较多,适合培养学生运用物理知识解决分析实际问题的能力.是对前面所学知识的综合运用，在本单元中地位重要。.

本节的两个基本任务是分析向心力的来源与圆周运动中的动力学关系,因此对这两个目标的完成贯穿整个教学过程.

自行车转弯时是否会向外滑动的分析是一个难点,火车转弯时轨道的设计方案是难点,由凸凹桥问题引深到竖直平面的圆运动问题是难点，都通过探究、交流、讨论的方法解决。对物体做离心运动的条件,通过学生亲自做实验,亲身体验,并且交流总结的方式得出结论,以增加学生对物体做圆周运动的动力学关系的直觉性.



教学

目标

知识与技能：

1．知道如果一个力或几个力的合力的效果是使物体产生向心加速度，它就是圆周运动的物体所受的向心力．会在具体问题中分析向心力的来源．

2．能运用匀速圆周运动的规律分析和处理生产和生活中的具体实例．

过程与方法：

1．通过对匀速圆周运动的实例分析，渗透理论联系实际的观点，提高学生分析和解决问题的能力．

2．通过匀速圆周运动的规律也可以在变速圆周运动中使用，渗透特殊性和一般性之间的辩证关系，提高学生的分析能力．

3．通过对离心现象的实例分析，提高学生综合应用知识解决问题的能力．

情感、态度与价值观：

1．通过对几个实例的分析，使学生明确具体问题必须具体分析，理解物理与生活的联系，学会用合理、科学的方法处理问题． ．

2．通过离心运动的应用和防止的实例分析．使学生明白事物都是一分为二的，要学会用一分为二的观点来看待问题．

3．养成良好的思维表述习惯和科学的价值观．



教学

重点

1．理解向心力是一种效果力．

2．在具体问题中能找到是谁提供向心力的，并结合牛顿运动定律求解有关问题．



教学

难点

1．具体问题中向心力的来源．

2．关于对临界问题的讨论和分析．

3．对变速圆周运动的理解和处理．

4. 离心现象的解释及应用



教学

资源



视频:火车转弯，汽车过凸凹桥。

图片：物体的离心运动，离心式洗衣机、水泵



教法

设计

讲授探究式、合作探究式、讲授式



教学

过程

教师活动

学生活动

设计

意图



新课

导入

新课

教学

交流与讨论

师生互动

课堂

训练

交流、讨论

课堂总结点评

作业

举例:自行车转弯问题.

引导学生分析:

(1)圆周运动的圆平面、圆心、半径

(2)分析圆周运动的向心力来源

(3)写出圆周运动的动力学关系式

(4)结合实际和理论讨论圆周运动条件

（观察图片或视频资料,结合自身体验,体会自行车转弯时的受力情况）

一、铁路的弯道

用多媒体课件模拟在平直轨道上匀速行驶的火车，介绍火车车轮构造.然后投影出火车轮缘的特点及与铁轨相互作用的图片并提出问题：

1．火车受几个力作用?

2．这几个力的关系如何?

过渡；那火车转弯时情况会有何不同呢?

多媒体课件：模拟平直轨道火车转弯情形．提出问题：

1．转弯与直进有何不同?

2．画出受力示意图，并结合运动情况分析各力的关系．

进一步分析：火车转弯时是如何获得向心力的?由外侧车轮的轮缘挤压外铁轨，使外铁轨发生弹性形变，外轨对轮缘的弹力就是火车转弯的向心力。

提出问题：挤压的后果会怎样?

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，确定圆心所在的平面，得到分析说明向心力的来源．

投影学生的受力图，进行定性分析；如图6.8—1所示．

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．

进一步讨论提高：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?

小组合作：火车以半径r = 900 m转弯，火车质量为8XXXXX105kg ，轨道宽为L=1.4m，外轨比内轨高h=14cm，为了使铁轨不受轮缘的挤压，火车的速度应为多大？

课后交流:

战斗机在空中转弯时,分析向心力的来源?

玻璃球沿碗的内壁作匀速圆周运动(若忽略摩擦),这时分析向心力的来源.(演示)

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v行驶，若桥面的圆弧半径为R，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．

通过分析，你可以得出什么结论?

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?

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速度时，就会发生汽车飞出去的现象．汽车将在桥顶做平抛运动；此时的小车处于失重状态，即桥顶所受压力比重力小。

下面再一起共同分析汽车通过凹形桥最低点时，汽车对桥的压力比汽车的重力大些还是小些．

画出汽车的受力图，推导出汽车对桥面的压力

想一想：刚才分析了汽车在拱形桥最高点的情形，如果汽车不在拱形桥的最高点或最低点，前面的结论还是否能用?如果不能直接运用，又如何来研究这一问题呢?

课堂小练：

1、一辆汽车匀速率通过半径为R的圆弧拱形路面，关于汽车的受力情况，下列说法正确的是（ ）

A．汽车对路面的压力大小不变，总是等于汽车的重力

B．汽车对路面的压力大小不断发生变化，总是小于汽车所受重力

C．汽车的牵引力不发生变化

D．汽车的牵引力逐渐变小

2、一辆卡车在丘陵地匀速行驶,地形如图所示,由于轮胎太旧,途中爆胎,爆胎可能性最大的地段应是( )

A. a处 B. b处 C. c处 D. d处



三、航天器中的失重现象

从刚才研究的一道例题可以看出，当汽车通过拱形桥凸形桥面顶点时，如果车速达到一定大小，则可使汽车对桥面的压力为零．如我们把地球想象为特大的“拱形桥”，则情形如何呢?会不会出现这样的情况；速度达到一定程度时，地面对车的支持力是零?这时驾驶员与座椅之间的压力是多少?他这时可能有什么感觉?

投影课本第25页上面的“思考与讨论”，该“思考与讨论”中描述的情景其实已经实现，不过不是在汽车上，而是在航天飞机中．

投影；假设宇宙飞船质量为M，它在地球表面附近绕地球做匀速圆周运动，其轨道半径近似等于地球半径R，航天员质量为m，宇宙飞船和航天员受到的地球引力近似等于他们在地面上的重力．试求座舱对宇航员的支持力．此时飞船的速度多大?通过求解．你可以得出什么结论?

教师总结．指出上面的分析仅仅是针对圆轨道而言的．其实在任何关闭了发动机又不受阻力的飞行器中，都是一个完全失重的环境．

四、离心运动

做圆周运动的物体一旦失去向心力的作用，它会怎样运动呢?如果物体受的合力不足以提供向心力，它会怎样运动呢?发表你的见解并说明原因．

结合生活实际，举出物体做离心运动的例子．

棉花糖的制作就是使用了离心现象.把白糖放在机器中间的一个小盒子里，加热熔化后，转动小盒子，糖丝就从盒子上的小孔中出来，用一小棒缠绕起来，就是棉花糖了.那么棉花糖的形成过程中，是盒子转动快了容易形成，还是转动慢了容易形成？

(2)在化学实验室中，常用离心分离器(如图所示)把浑浊液体中所含的不溶于液体的固体颗粒快速沉淀下来.离心分离器在化学、医学、食品等工业部门和近代尖端技术(如制造原子弹、氢弹等)中都有广泛应用.

在这两幅图片中，哪一幅的离心分离器在转动？如果转动时试管与竖直方向的夹角发生变化，是转速大了夹角大，还是转速小了夹角大？

(3)洗衣机的脱水缸

（4）自行车(汽车)转弯;火车转弯;离心现象同时呈现,

在分析这些实际现象中都用到什么样的思维程序.你认为做圆周运动的条件.（看书26页图5.8——10）

点评、总结：如果向心力突然消失，物体由于惯性，会沿切线方向飞出去．如果物体受的合力不足以提供向心力，物体虽不能沿切线方向飞出去．但会逐渐远离圆心．这两种运动都叫做离心运动．



作业：课本P26.1——4



学生在教师引导下探究并完成分析圆周运动的基本技能

火车受到4个力的作用，各为两对平衡力，即合外力为零．

转弯时火车的速度方向在不断变化，故其一定有加速度，其合外力一定不为零．

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．

学生解释分析向心力来源，并分析圆心所在的平面，检验课前预习效果

学生利用多媒体白板进行受力分析讲解：

若火车的拐弯处轨道面倾角为XXXXX，应有：

当r、XXXXX一定时，车以相应速度v行驶，可不受外轨的旁推力作用，当然外轨、内轨均不受车的推力的作用。但若车速vXXXXX>v，则仍需外轨对车有向内的推力，若车速过大，FXXXXX仍不能满足车拐弯所需的向心力，火车仍有出事故的危险。若vXXXXX<v，则内轨需使用向外的推力

观察

学生进一步交流,协作分析实际问题

学生自己通过计算桥顶所受压力大小，总结得出结论。

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。

通过对汽车进行受力分析．汽车通过凹形桥最低点时，汽车对桥的压力比汽车的重力大．得出汽车在通过凹形桥时处于超重状态。

让学生在黑板上做

学生独立分析以上提出的问题，并在练习本上画出受力分析图，尝试解答．

通过整体法对宇宙飞船受力分析，并运用牛顿第二定律可解得：宇宙飞船的速度为
，再对宇航员进行分析可得．此时座椅对宇航员的支持力为零．即航天员处于失重状态．

做圆周运动的物体一旦失去向心力的作用，它会沿切线飞出去，如体育中的“链球”运动，运动员手一放后，“链球”马上飞了出去．

通过讨论增加学生对物体做圆周运动的动力学关系的理解.

如果物体受的合力不足以提供向心力，它会做逐渐远离圆心的运动．如：在电影中经常看到，速度极快的汽车在急速转弯时．会有向外侧滑离的现象．



激发兴趣

引出课题

圆周运动模型的构建,分析向心力来源, 圆周运动的动力学关系.

通过对匀速圆周运动的实例分析，渗透理论联系实际的观点，提高学生分析和解决问题的能力．

巩固学生分析实际问题的能力

分析向心力的来源.

培养学生联系实际的能力和

规范解题格式

课堂小练巩固当堂新课的知识点及公式计算，让学生掌握更牢固。

通过实例分析，让学生了解到航天器中的失重象．学习知识的同时激发学习物理学的兴趣．

．

离心运动的应用和防止．

学生讨论

巩固练习，提升加深



板书设计



8．生活中的圆周运动

一、铁路的弯道

1．讨论向心力的来源：

2．外轨高于内轨时重力与支持力的合力是使火车转弯的向心力

3．讨论：为什么转弯处的半径和火车运行速度有条件限铡?

二、拱形桥

1．思考：汽车过拱形桥时，对桥面的压力与重力谁大?

2．圆周运动中的超重。失重情况．

三、航天器中的失重现象

四、离心运动

1．离心现象的分析与讨论．

2．离心运动的应用和防止．





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