《高中物理5.8生活中的圆周运动教学设计必修21.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高中物理5.8生活中的圆周运动教学设计必修21.doc（5页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、生活中的圆周运动教学设计一、教学目标（一）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能理解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；3知道向心力和向心加速度的公式也适用于变速圆周运动，会求变速圆周运动中物体在特殊点的向心力和向心加速度。（二）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
2、识解决问题的能力。（三）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。二、教学的重点与难点（一）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。（二）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。三、教学手段多媒体：主要PowerPoint演示文稿以及图片，并辅以视频。四、
3、教学方法探究、讲授、讨论、练习五、教学过程新课导入复习提问：师：同学们，我们之前学习过了圆周运动，我们一起来回顾一下，可以用哪些物理量来描述做圆周运动物体的运动快慢。对于圆周运动你已经理解和掌握了哪些基本知识？生：我已经理解和掌握了可以用线速度、角速度、转速和周期等来描述做圆周运动物体的运动快慢。知道了圆周运动一定是变速运动，一定具有加速度。师：非常好！我们要熟练掌握各物理量的相互转换关系。那匀速圆周运动的有哪些特征呢？速度大小不变，方向时刻改变；加速度大小不变，方向时刻改变，大小为：（点PPT,带着学生总结）。产生向心加速度的原因是物体受到了指向圆心的合力，这个合力就是向心力。由牛顿第二定律
4、，我们得出了向心力的表达式：（点PPT）。师：现在同学们掌握了圆周运动有关基本知识和基本规律，而我们知道学以致用是学习的最终目的，本节课将通过生活中几个具体实例的探讨来深入理解相关知识点并学会应用。板书：生活中的圆周运动新课教学一、铁路的弯道师：同学们有观察过火车车轮和铁轨的构造是怎样的吗？（大家看PPT，这是铁轨的外轨、内轨，这是车轮的外轮、内轮，还有轮缘，火车的车轮就在铁轨上这样运动。）同学们，当火车在平直轨道上匀速行驶时,1火车受几个力作用？2这几个力的关系如何？生：火车受到4个力的作用，各为两对平衡力，即合外力为零。师：对，火车受重力、支持力、牵引力及摩擦力且四个力合力为零，其中重力和
5、支持力的合力为零，牵引力和摩擦力的合力为零。师：(过渡)那火车在水平弯道转弯时情况会有何不同呢？所受合力还会为零吗？生：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。师：对，转弯时合外力不为零，即需要提供向心力，而平直路前行不需要那么火车转弯时是如何获得向心力的呢?我们知道向心力的方向总是指向圆心，所以这个时候火车转弯所需的向心力就由外轮的轮缘和外轨之间互相挤压而产生的弹力提供。师：提出问题：挤压的后果会怎样?生：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。师：那么应该如何解决这一实际
6、问题?请同学们结合结合我们学过的知识加以讨论，提出可行的解决方案。提示：学生发挥自己的想象能力，结合受力图，向心力是效果力，可以由一个力充当，也可以是几个力的合力，甚至是某个力的分力。思考，我们还可以怎样设计，既避免外轨与轮缘的挤压，又能提供向心力师：刚才同学们交流和讨论得非常热烈，方案设计得也很好，下面我们请一位同学来给我们分享一下他的设计。生：当外轨略高于内轨时，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：向心力是水平的黑板演示得出火车规定的行驶速度师：观看视频，看实际生活中是不是这样解决的。视频中告诉我们根据轨道半径和规定的火车行驶速度，
7、以及已知的轨距可以求出轨道高度差h,这是不是和我们推出的公式一样。师：如果火车速度和设计速度不同会怎样呢？当火车速度过大时，重力和支持力的合力就不足以提供火车所需的向心力，这时外侧轨道和轮缘之间就会有弹力。当火车速度过小时，重力和支持力的合力就大于火车所需要的向心力，此时内侧轨道和轮缘之间就会有弹力。师：那么如果汽车是在水平公路上拐弯时，做圆周运动的向心力又是由什么力提供的呢？生：此时的向心力是由静摩擦力提供。师：因为静摩擦力有一个最大值，即最大静摩擦，如果汽车转弯时速度过大，那么它做圆周运动所需要的向心力就会超过最大静摩擦（即摩擦力不足以提供向心力），现在汽车将怎么运动？生：此时汽车将向弯道
8、外侧滑行，就会冲出弯道。师：汽车冲出路面，就会造成很多交通事故，对他人和自身的生命财产安全都会造成不可估量的损失，所以同学们以后骑车或是开车的时候一定不能超速行驶，走路的同学也尽量别走弯道的外侧。二、拱形桥师：来，我们看两幅图片，这是什么桥？黄石长江大桥，这呢？泸定桥。这是我们生活中典型的凸凹两类拱形桥。刚才我们研究的转弯问题是水平面上的圆周运动，接下来我们研究竖直面上的圆周运动，汽车过拱形桥。播放录像师：我们现在来模拟一下汽车过拱形桥。仔细观察。在汽车的整个运动过程中始终收到自身重力和桥面对它的支持力，对不对？那汽车在凸形桥最高点和凹形桥最低点上的运动状态具体是怎样呢？我们来依次分析！凸形桥
9、：质量为m的汽车在拱形桥上以速度V前进，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。师：通过分析，你可以得出什么结论?学生在练习本上独立画出汽车的受力图，推导出汽车对桥面的压力学生代表发言。在黑板上板书学生推导过程，听取学生见解，点评、总结。生：在最高点，对汽车进行受力分析，确定向心力的来源；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FN=Gmv2/r 师:好，下面再一起共同分析汽车通过凹形桥最低点时，汽车对桥的压力情况。同样的，第1，找圆心；2分析汽车受力情况；3，确定向心力方向；4，根据牛顿第二定律列方程师：比较三种桥面受力
10、的情况。可见，在凸形桥上，汽车在桥最高点时，汽车对桥的压力FN小于汽车的重力G，并且压力随汽车速度的增大而减小此时汽车处于失重状态。师：请同学们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?生：把FN=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师：在凹性桥上，汽车在桥最低点时，汽车对桥的压力FN大于汽车的重力G，并且压力随汽车速度的增大而增大此时汽车处于超重状态。所以，无论过凸形桥还是凹形桥，都应当减速行驶；其实很多看上去很平的路也会有突出或是凹陷的地方，就相当于拱形桥，所以骑车一定要控制车速。师
11、：刚才同学们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?生：前面的结论能直接运用，不过此时物体的向心加速度不等于物体的实际加速度，即要用上一节研究变速圆周运动的方法来处理师：好这说明我们很多同学分析和处理物理问题的能力有了较大的提高，希望同学们继续努力，争取有更大进步师：通过前面的学习，我们可以知道解决生活中圆周运动问题的关键在于选准研究对象进行受力分析。一般步骤为：1234课堂训练师：请同学们一起来看一道例题，看完题后，自己先独立分析、处理，然后我们再一道交流、讨论例：一辆质量m=2.0t的小轿车，驶过半径R=90m的一段圆弧形桥面，重力加速度g
12、=10ms2求： (1)若桥面为凹形，汽车以20ms的速度通过桥面最低点时，对桥面压力是多大? (2)若桥面为凸形，汽车以l0ms的速度通过桥面最高点时，对桥面压力是多大? (3)汽车以多大速度通过凸形桥面顶点时，对桥面刚好没有压力三、航天器中的失重现象师：从刚才研究的一道例题可以看出，当汽车通过凸形桥面顶点时，如果车速达到一定大小，则可使汽车对桥面的压力为零如果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?驾驶员躯体各部分之间的压力是多少?他这时可能有什么感觉?学生独立分析以上提出的问题，并在
13、练习本上画出受力分析图，尝试解答展示学生推导过程，引导学生间交流、讨论师：刚才同学们交流、讨论的问题即为课本第58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傲匀逮圆周运动，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?生：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完全失
14、重状态师:当然，我们这里的分析仅仅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的内部，都是一个完全失重的环境例如空中任何方向抛出的容器，其中所有物体都处于失重状态。再接再厉，来！我们继续来思考一下这两个问题：见PPT。四、离心运动师：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。生：我认为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。生：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
15、在急速转弯时会有向外侧滑的现象。师：(听取学生代表的发言，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。 讨论与思考师：请同学们结合生活实际，举出物体做离心运动的例子在这些例子中，离心运动是有益的还是有害的?你能说出这些例子中离心运动是怎样发生的吗?生：1、甩干雨伞上的水滴、2、离心干燥器3、制作棉花糖的原理。它的内筒与洗衣机的脱水筒相似,里面加入白砂糖,加热使糖熔化成糖汁。内筒高速旋转,黏稠的糖汁就做离心运动,从内筒壁的小孔飞散出去,成为丝状,到达温度较低的外筒时,迅速冷却凝固,变得纤细雪白,像一团团棉花。4、高速转动的砂轮、飞轮等,都不得超过允许的最大转速,如果转速过高,砂轮、飞轮内部分子间的作用力不足以提供所需的向心力时,离心运动会便它们破裂,甚至酿成事故。5、在水平公路上行驶的汽车转弯时。师：分析、总结学生举出的生活实例。播放视频 “干燥沉淀器”和“高速运动的汽车转弯时”。 五、课堂小结师：请同学们根据黑板上的笔记和自己对本节内容
