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1、5.8 生活中的圆周运动 【教学目标】1.定性分析火车转弯外轨比内轨高的原因和汽车过拱形桥最高点与凹形桥最低点所受的压力感受理论联系实际的乐趣，提高分析和解决问题的能力2.知道航天器中失重等现象及其本质3.知道离心运动及产生的条件，了解离心运动的应用和防止，学会一分为二的观点来看待问题【教学重难点】1.具体问题中分析向心力的来源，并结合牛顿定律求解有关问题2.关于对临界问题的讨论和分析【课时安排】1课时【教学用具】多媒体课件【教学设计】课前预学1.在平直轨道上匀速行驶的火车（1）火车受几个力作用？（2）这几个力的关系如何？（3）火车转弯时情况会有何不同呢？画出受力示意图2.质量为m的汽车在拱形
2、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3.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？4.离心运动是有益的还是有害的？你能说明出这些例子中离心运动是怎样发生的吗？ 【预学疑难】 课内互动一、复习回顾、导入新课教师活动：复习匀速圆周运动知识点学生活动：思考并回答问题1.描述匀速圆周运动快慢的各个物理量及其相互关系.2.从动力学角度对匀速圆周运动的认识导入新课：学以致用是学习的最终目标，本节课通过几个具体实例的探讨来运用匀速圆周相关知识来解决实际问题二、进行新课1.铁路的弯道教师活动：（多媒体播放）模拟在平直轨道上匀速行
3、驶的火车学生活动：画出火车的受力示意图【探究活动】车辆转弯问题的研究教师活动：提出分析火车转弯时的问题 (1)内外轨高度相同时，转弯所需的向心力由_力提供靠这种方法得到向心力，有什么危害？(2)外轨高度高于内轨，火车按设计速度行驶时，火车转弯所需的向心力由_提供学生活动：相互讨论问题教师点拨：(1) 火车转弯时需要提供向心力，而平直路前行不需要 (2) 内外轨的高度相同时，向心力由铁轨外轨的轮缘和铁轨之间互相挤压而产生的弹力提供，铁轨极易损害(3) 外轨的高度高于内轨时，为了减小这种损害火车转弯所需的向心力几乎由重力和支持力的合力提供2.拱形桥探究活动：播放录像，交通工具（自行车、汽车等）过拱
4、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？学生活动：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教师活动：投影学生推导过程，听取学生见解，点评、总结解题思路：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可见，汽车对桥的压力小于汽车的重量G，并且压力随汽车速度的增大而减小 思考：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？学生活动
5、：思考问题并发表见解点评：抓住临界状态，找出临界条件是解决这类极值问题的关键 对匀速圆周运动的实例分析，思路是对物体进行受力分析，分析向心力的来源，运用牛顿第二定律列出方程，应用牛顿第三定律转换研究对象此题理论联系实际，利于提高学生分析和解决问题的能力思考：请同学们进一步思考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?3.航天器中的失重现象探究活动(1)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?
6、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，并在练习本上画出受力分析图，尝试解答）探究活动(2)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?点评：汽车通过拱形桥面顶点和宇宙飞船和航天员在地球表面做匀速圆周运动，汽车通过拱形桥凸形桥面的压力和座舱对航天员的支持力为零时，汽车或航天员均处于完全失重状态解决这类问题的思路是运动和力的分析，
7、应用牛顿定律列方程，并求解4.离心运动探究活动(1)引导：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探究活动(2)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?点评：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作离心运动三、典型例题例1杂技演员在做水流星表演时，用绳系着装有水的水桶，在竖直平面内做圆周运动，若水的质量m0.5 kg
8、，绳长l60 cm，求：（1）最高点水不流出的最小速率；（2）水在最高点速率v3 m/s时，水对桶底的压力教师点拨：1研究对象的选取（1）已知质量；（2）与所求相联系， 故选水桶中的水2水不流出的最小速率临界状态分析：水不流出的最小速率的条件“恰好水的重力提供向心力”3水在最高点速率v3 m/s时的受力分析方法，将水在最高点速率与最小速率相比，从合力与重力比较来确定桶底对水的作用力点评：（1）抓住临界状态，找出临界条件是解决这类极值问题的关键. （2）注意用牛顿第三定律转换研究对象思考：若本题中将绳换成轻杆，将桶换成球，上面所求的临界速率还适用吗?变式训练：如图所示，在水平固定的光滑平板上，例
9、：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=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？小结：汽车通过凸形桥与凹形桥的不同点（和力方向不同）和共同点（解题步骤相同）四、课堂小结（1）火车转弯外轨比内轨高，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（2）汽车过拱形桥最高点是失重状态，凹形桥最低点是超重状态（3）航天器中的是失重状态（4）
10、离心运动及产生的条件，物体受的合力不足以提供向心力五板书设计5.8 生活中的圆周运动11.铁路的弯道3.航天器中的失重现象4.离心运动2.拱形桥 GG NG FG fG例1解（1）在最高点水不流出的条件是重力不大于水做圆周运动所需要的向心力即：mgm 最小速率v0 m/s2.42m/s.（2）当水在最高点的速率大于v0时，只靠重力提供向心力已不足，此时水桶底对水有一向下的压力，设为FN，由牛顿第二定律有FNmgm FNmmg2.6 N由牛顿第三定律得 水对桶底的作用力FNFN2.6N，方向竖直向上.六、随堂检测1.火车在转弯行驶时，需要靠铁轨的支持力提供向心力下列关于火车转弯的说法中正确的是(
11、 )A在转弯处使外轨略高于内轨 B在转弯处使内轨略高于外轨C在转弯处使内轨、外轨在同一水平高度D在转弯处火车受到的支持力竖直向上2.汽车以定速率通过拱桥时，下列说法中正确的是 ( )A在最高点汽车对桥的压力大于汽车的重力B在最高点汽车对桥的压力等于汽车的重力C在最高点汽车对桥的压力小于汽车的重力D汽车以恒定的速率过桥时，汽车所受的合力为零3.关于铁道转弯处内外铁轨间有高度差，下列说法中正确的是（ ）A.可以使火车顺利转弯，减少车轮与铁轨间的摩擦B.火车转弯时，火车的速度越小，车轮对内侧的铁轨测侧向压力越小C.火车转弯时，火车的速度越大，车轮对外侧的铁轨测侧向压力越大D.外铁轨略高于内铁轨，使得
12、火车转弯时，由重力和支持力的合力提供了部分向心力4.在下列情况中，汽车对凸形桥顶部的压力最小的是( ) A.以较小的速度驶过半径较大的桥B.以较小的速度驶过半径较小的桥 C.以较大的速度驶过半径较大的桥D.以较大的速度驶过半径较小的桥5.一辆汽车匀速通过一座圆形拱桥后，接着又匀速通过圆弧形凹地设圆弧半径相等，汽车通过桥顶A时，对桥面的压力NA为车重的一半，汽车在弧形地最低点B时，对地面的压力为NB，则NA：NB为 课后提升1.在水平面上转弯的汽车，向心力是A重力和支持力的合力 B静摩擦力C滑动摩擦力 D重力、支持力、牵引力的合力2.用长为l的细绳拴着质量为m的小球在竖直平面内做圆周运动，则下列
13、说法正确的是A.小球在圆周最高点时所受向心力一定是重力B.小球在圆周的最高点时绳子的拉力不可能为零C.小球在圆周最低点时拉力一定大于重力D.若小球刚好在竖直平面内做圆周运动，则其在最高点速率是3.火车轨道在转弯处外轨高于内轨，其高度差由转弯半径与火车速度确定 若在某转弯处规定行驶速度为v，则下列说法中正确的是 当以速度v通过此弯路时，火车重力与轨道面支持力的合力提供向心力当以速度v通过此弯路时，火车重力、轨道面支持力和外轨对轮缘弹力的合力提供向心力当速度大于v时，轮缘挤压外轨 当速度小于v时，轮缘挤压外轨A. B. C. D.4.汽车以一定速率通过拱桥时,下列说法中正确的是A.在最高点汽车对桥的压力大于汽车的重力B.在最高点汽车对桥的压力等于汽车的重力C.在最高点汽车对桥的压力小于汽车的重力D.汽车以恒定的速率过桥时，汽车所受的合力为零5.下列那些现象是为了防止物体产生离心现象的：汽车转弯时要限制速度 转速很高的砂轮半径不能做得太大 在修筑铁路时，转弯
