圆周运动教材分析ppt课件

圆周运动教材分析,让生命因教育而精彩,内容目录,教学要求,课时安排,2,背景分析,旧教材新课标高考改革合格性考试以后选考中的必选自主招生,3,4,让生命因教育而精彩,5,6,核心素养与概念进阶,7,第一章抛体运动1曲线运动2运动的合成与分解3平抛运动4斜抛运动（选学）第二章匀速圆周运动1圆周运动2匀速圆周运动的向心力和向心加速度3圆周运动实例分析4圆周运动与人类文明（选学）,第五章曲线运动1曲线运动2平抛运动3实验：研究平抛运动4圆周运动5向心加速度6向心力7生活中的圆周运动,教科版教材,人教版教材,教材章节对比,8,教材知识结构（教科版）,1、认识和圆周运动的描述（重点）2.1圆周运动2、圆周运动的需要与条件（难点）2.2匀速圆周运动的向心力和向心加速度3、圆周运动的应用（重点）2.3圆周运动的实例分析4、挖掘圆周运动中的思想、观念与方法2.4圆周运动与人类文明（选学）,9,抛体运动,教材的地位,承上启下,第一二章运动学,第三四章动力学,万有引力定律,第一章静电场粒子在电场中的运动,第三章磁场带电粒子在磁场中的运动,必修一,选修3-1,概念上从直线到曲线、从线量到角量，逐渐将所学概念进行扩展和加深，规律上是将牛顿运动定律运用到曲线运动，是运动学和动力学从“一维”到“二维”、从直角坐标系到自然坐标系的延伸，也为功能知识的应用提供了多样化的情景，使研究力和运动的基本方法和基本思路得以更加广泛的应用。,圆周运动,承前启后,10,教材地位和作用,从力学体系来看：本章是继物体的平衡、匀变速直线运动、匀变速曲线运动之后的另一典型运动，也是牛顿运动定律的另一重要应用，是运动和力的进一步拓展与应用，为后续宏观的天体运动与微观的粒子运动提供了基本模型，是高中物理教学的重点与难点。,从特征方法来看：1.匀速圆周运动是变加速曲线运动，有别于匀变速曲线运动的合成与分解；2.匀速圆周运动是第一个周期性的运动；3.匀速圆周运动的时空变化是有约束、受限制的；4.分析求解圆周运动的方法是分析一般曲线运动的基础。,11,课时安排（8-9课时）,12,第一节圆周运动,13,教材处理建议,一、感受圆周运动P20形形色色的圆周运动（1）不仅借助教材第20页的各种图片，也可以利用第3节实例分析的各种情景让学生充分认识生活中的圆周运动；（2）引导学生尝试着概况圆周运动的特点；（3）讨论从哪些方面来描述这个圆周运动。,14,1、怎么确定质点位置？（定参考，以不变应万变）2、怎样确定质点的路程、位移？3、怎样描述运动的快慢？4、怎样描述速度变化的快慢？5、怎样描述速度方向变化及其变化的快慢？,圆心、半径R、角（弧）度9（有点极坐标的意思）,L=9R,二、描述圆周运动运动的物理量,15,A,B,乙方观点：A点B点运动的一样快,甲方观点：A点比B点运动的快,描述圆周运动运动的快慢,16,1、比较物体在一段时间内通过的圆弧的长短,3、比较物体在一段时间内半径转过的角度大小,2、比较物体转过一圈所用时间的多少,4、比较物体在一段时间内转过的圈数,描述圆周运动运动的快慢,17,4、线速度、角速度、周期、频率、转速的关系,(1),(2),（3）,（4）,若n的单位是r/min：,若n的单位是r/s：,B,A,18,o,定义：物体沿着圆周运动，并且线速度的大小处处相等，这种运动叫做匀速圆周运动。,速率,匀速圆周运动中的“匀速”指速度不变吗？,注意：匀速圆周运动是一种变速运动,三、什么样的运动是匀速圆周运动,总结：匀速圆周运动是_的圆周运动。,线速度大小不变，方向变化,19,匀速圆周运动的特点,哪些量始终不变？圆心、半径、角速度、周期、频率、转速、速率、动能哪些量大小不变方向时刻改变？线速度、向心力、合外力、加速度、动量哪些量相同时间内变化相同？路程、弧长、角度（弧度）,20,a、皮带传动线速度相等,b、齿轮传动线速度相等,同一接触传动各轮边缘上线速度相同,接触传动（无滑动）,21,1、某电钟上秒针、分针的长度比为2:1,求：（1）秒针、分针尖端的线速度之比（2）秒针、分针转动的角速度之比,参考例题,22,问题探究,C,B,A,(1)要测量哪些物理量？,(2)写出自行车正常行驶的速度与测量量之间的关系,2、如何估算你骑自行车的正常速度,(3)估算正常行驶的速度,23,3、图为自行车传动机构的示意图.假设脚踏板每2s转1圈,要知道在这种情况下自行车前进的速度有多大,还需要测量哪些量?请在图中标出来,并用这些量推导出自行车前进速度的表达式.,r1=20cm,r2=10cm,r3=35cm,T1=2s.,1.车前进的速度等于后轮的线速度vC.2.vA=vBAr1=br2=2r1/T1B=CvB/r2=vC/r33.,参考例题,24,4、设雨伞表面为水平面,且水平放置,雨伞边缘半径为r,且高出水平地面h.当雨伞以角速度匀速转动时,雨滴从边缘飞出后在地面形成一个半径为R的大圆.已知重力加速度为g,求大圆半径R.,1.曲线运动的速度方向.2.空间几何关系.,参考例题,25,1、区别“质点匀速圆周运动”和“刚体转动”,质点与刚体是两个不同的物理模，要提醒学生注意，不要把质点做匀速圆周运动说成是“质点在转动”，因为“转动”是刚体的一种运动形态。也要提醒学生注意，不要把刚体的转动说成是“刚体在做匀速圆周运动”，而应说“刚体上的某质点在做匀速圆周运动”。,疑难问题探讨,26,2.描述速度方向及其变化快慢的物理量是什么？,速度方向的变化率（变化快慢）就是角速度，是矢量,x,x,x,x,疑难问题探讨,27,3、向心加速度是描述速度方向变化的快慢吗？,疑难问题探讨,根据可知，向心加速度还与速率有关；可以说，对速率相同的质点，向心加速度的大小可以描述速度方向变化的快慢,28,怎样描述圆周运动（拓展要求）,运动学的状态参量,29,位矢,运动方程,位移,速度,加速度,速率,圆周运动的线量描述,30,圆周运动的角量描述,1、角速度,rad/s,2、角加速度,rad/s2,匀速圆周运动,匀变速圆周运动,讨论：,31,匀变速圆周运动的关系式,匀变速直线运动的关系式,比较知：两者数学形式完全相同,说明用角量描述,可把平面圆周运动转化为一维运动形式，从而简化问题。,32,线量和角量的关系,O,A,B,R,x,33,线量和角量的关系,34,第二节匀速圆周运动向心力与向心加速度,35,思路二：体验向心力实验探究向心力与质量、角速度、半径的关系向心力向心加速度变速圆周的加速度与合外力,思路一：速度变化量向心加速度向心力实验验证变速圆周的加速度与合外力,处理教材的两种思路,36,人教版,速度变化,向心加速度,37,教科版,承接描述圆周运动的物理量,38,（一）回顾速度的变化量,1.物体做变速直线运动：,vt,v0,v,-v0,2.物体做曲线运动：,v0,vt,v,v0,vt,v,39,（二）匀速圆周运动速度的变化量,3.物体做圆周运动：,40,（三）匀速圆周运动的加速度,v,v,v,v,如果时间足够短，足够小：,方向：指向圆心,1、向心加速度an是由速度方向变化引起的2、an不仅与有关，而且与速率v有关3、物理意义：用来描述由于速度方向变化而引起的速度矢量的变化率,a,v,1.做匀速圆周运动物体的加速度大小：,2.做匀速圆周运动物体的加速度方向：,始终指向圆心(所以叫向心加速度)。,注意：匀速圆周运动是变加速曲线运动。,（三）匀速圆周运动的加速度,1、由牛顿第二定律推导向心力公式:,（四）、向心加速度向心力,2、体验，定性验证:,3、演示实验:向心力大小Fn与v、r的关系,43,可选实验,4、传感器实验:向心力的大小Fn跟v、的关系,(1)由向心力的公式Fn=mv2/r计算向心力,需要测量哪些物理量?怎样测量?(钢球质量m，半径r，周期T)(2)测量小球受到的合力(F=mgtan),需要测量哪些物理量?怎样测量?(钢球质量m，半径r，高度h),44,参考练习,1.质量为m的物体,放在水平转盘上,随转盘一起以角速度匀速转动,物体到圆盘中心距离为r.(1)物体受到的力是A.重力,支持力B.重力,支持力,向心力C.重力,支持力,摩擦力D.重力,支持力,向心力,摩擦力(2)求物体受到的摩擦力大小和方向?(3)设物体与转盘间的摩擦因数为,使物体不滑动,转盘转动的角速度不能超过多少?,向心力是根据力的效果命名的.静摩擦力的方向与相对运动趋势的方向相反.,45,参考练习,2.在一个光滑的玻璃漏斗中,有两个质量相等的小球A、B，它们沿光滑漏斗壁在不同的水平面内作匀速圆周运动.(1)小球的向心力是由什么力提供的?(2)比较A、B两球A.A球线速度较大B.A球角速度较大C.A球加速度较大D.A球对壁的压力较大.,F=mgcot=ma,46,参考练习,3.如图所示,一球质量为m,用长为L的细线悬挂于O点,在O点正下方L/2处有一根长钉P,把悬线沿水平方向拉直后无初速度释放.(1)当悬线碰到钉子的瞬间A.小球的线速度突然减小B.小球的角速度突然增大C.小球的向心加速度突然增大D.悬线的拉力保持不变(2)如果钉子越靠近小球,绳越容易断,为什么?,线速度v不变.,47,一、切向加速度和法向加速度,自然坐标系：,方向都变化,在轨道曲线上任取一点为坐标原点,O,P,R,（五）、变速圆周运动的加速度,48,加速度总是指向曲线的凹侧，因为正是加速度的法向分量改变了质点的运动方向。,切向加速度大小等于速度的大小(速率)对时间的导数，表示速率变化的快慢。,法向加速度大小等于速率平方除以半径，反映了速度方向变化的快慢。,圆周运动和一般曲线运动,49,下列情况时，质点作什么运动,等于0，等于0,质点做什么运动？,等于0，不等于0,质点做什么运动？,不等于0，等于0,质点做什么运动？,不等于0，不等于0,质点做什么运动？,50,匀速直线运动,匀变速直线运动,匀速率圆周运动,变速曲线运动,圆周运动和一般运动,51,第三节圆周运动实例分析,52,常见圆周运动实例,（一）铁路的弯道（二）拱形桥（凹凸两种情况）（三）航天器中的失重现象（四）离心运动（五）圆锥摆（六）过山车（七）水流星。,53,求解匀速圆周运动动力学问题的方法：,2、受力分析,3、运动分析,向心力来源,1、确定对象、轨道平面、圆心o和半径r,题目涉及a、v、T哪个物理量就选择哪组公式,2、受力分析：向心力来源,3、运动分析：选取合适公式,54,实例1.铁路的弯道,(1)阅读教材,回答下列问题:弯道处轨道有什么特点?为什么?火车转弯时的向心力是什么力提供的?(2)若转弯时的半径为r,轨道的倾角为,火车的最佳行驶速度是多大?(3)如果火车速度过大或过小会带来什么后果?,55,实例2.汽车转弯与赛道,汽车的质量为m=2.0103kg的汽车在水平公路上行驶,轮胎与路面间的最大静摩擦力是车重的0.7倍.汽车经过半径为r=50m的弯路时做匀速圆周运动.(1)求车速最大不能超过多少?(2)如果车速达到72km/h,这辆车会不会侧滑?(3)若弯道处倾斜一定的角度,则汽车完全不靠摩擦力转弯的速率为多大?,56,实例3.拱形桥与凹形桥,公路上常有拱形桥,汽车过桥时可看成圆周运动.质量为m=800kg的小汽车通过拱桥,到达桥顶的速度为v,设桥面的圆弧半径为r=50m,地球表面的重力加速度g=10m/s2.(1)如果v=5m/s,求汽车对桥的压力.(2)如果v不断增大,会发生什么现象?(3)v为多大时,汽车恰好对桥没有压力而腾空?(4)对于同样的车速,为了安全,拱桥的半径是大一些好还是小一些好?,1.F合=Fn=mv2/RFN=mg-Fn=mg-mv2/R2.mg-FN=ma=mv2/R3.牛顿第三定律,57,公路上常有拱形桥,汽车过桥时可看成圆周运动.质量为m=800kg的小汽车通过拱桥,到达桥顶的速度为v,设桥面的圆弧半径为r=50m,地球表面的重力加速度g=10m/s2.(5)如果拱桥的半径增大到等于地球半径R=6400km,汽车要在桥面上腾空飞行,速度v为多大?(6)如果汽车(航天器)内的驾驶员(宇航员)的质量为m0,此时受到的支持力为多大?驾驶员有什么感觉?(可图片或视频),实例3.拱形桥与凹形桥,58,公路上常有拱形桥,汽车过桥时可看成圆周运动.质量为m=800kg的小汽车通过拱桥,到达桥顶的速度为v,设桥面的圆弧半径为r=50m,地球表面的重力加速度g=10m/s2.(7)如果将拱形桥建成凹形桥,汽车以速度v通过凹形桥的最低点时,对桥的压力为多大?(8)你生活中见过凹形桥吗?为什么?(凹形桥是存在的,在过水路面有时需要修建凹形桥),实例3.拱形桥与凹形桥,59,实例4.竖直面内圆周运动,1.计算过山车模型小球过最高点,水流星到水杯到最高点不流出的最小速度.2.演示:过山车模型小球过最高点的条件.3.播放视频:杂技节目“水流星”.,60,比较几种模型最高点临界条件,轻绳,轻杆,离心轨道,圆形管道,61,练习1：无支持的轻绳约束,用长为l的轻绳系质量为m的小球,使其在竖直平面内作圆周运动,已知重力加速度为g.(1)若小球过最高点的速度为v,写出绳对小球拉力F的表达式.(2)求小球过圆周最高点的最小速度v0.(3)若小球过最高点的速度v=2v0,求此时绳对小球的拉力F.,62,练习2：杆约束,如果用长为l的轻杆代替轻绳固定一个质量为m的小球,使其在竖直平面内作圆周运动,已知重力加速度为g.(1)求小球过最高点时的最小速度v.(2)若在最高点杆对小球的作用力大小为零,求小球的速度为v0.(3)若在最高点小球的速度为2v0,求杆对小球的作用力的大小和方向.(4)若在最高点小球的速度为v0/2,求杆对小球的作用力的大小和方向.,63,如图，质量为0.5kg的杯子里盛有1kg的水，用绳子系着水杯在竖直面内做水流星表演，转动半径为1m，水杯通过最高点时的速度是5m/s，则此时绳子的拉力为_，水对杯底的压力为_。（g取）,解：在最高点时，以桶和水为研究对象，其向心力由重力和拉力的合力来提供，由向心力公式可得：,解得：,以水为研究对象，其向心力由重力（m水g）和桶底对水的压力的合力来提供，由向心力公式可得：,解得：,练习3：水流星,练习4：综合应用,65,F,F,f,66,离心运动,1.思考与讨论:(1)如图所示是一种娱乐设施“魔盘”，而且画面反映的是魔盘旋转转速较大时，盘中人的情景甲、乙、丙三位同学看了图后发生争论.甲说：“图画错了，做圆周运动的物体受到向心力的作用，魔盘上的人应该向中心靠拢”乙说：“图画得对，因为旋转的魔盘给人离心力，所以人向盘边缘靠拢”丙说：“图画得对，当盘对人的摩擦力不能满足人做圆周运动的向心力时，人会逐渐远离圆心”你认为哪位同学的说法是对的?,需要的向心力Fn,提供的向心力(合力)F比较F与Fn的大小.,67,离心运动,1.思考与讨论:(2)物体以角速度做半径为r的圆周运动,需要的向心力Fn为多大?(3)如果提供的力F=Fn=m2r,物体做什么运动?如果提供的力F=0,物体怎样运动?如果提供的力FFn=m2r,物体怎样运动?2.阅读教材:了解生活中离心运动的应用以及危害.3.播放视频:离心运动,68,对向心运动和离心运动的理解:,1.外界对物体提供的向心力大于物体做圆周运动所需的向心力,即Fn时,物体做靠近圆心的运动.2.外界对物体提供的向心力小于物体做圆周运动所需要的向心力时,即Fn时,称为向心力不足,物体做远离圆心的运动.3.无论是向心运动,还是离心运动,都不是匀速圆周运动,这种运动过程“向心力”要做功,导致物体速度发生变化.,69,如图所示，质量分别为2m、m、m的A、B、C放在水平的圆盘上，随圆盘在水平面内做圆周运动，转动半径分别为r、r、2r，当转速逐渐增大时，问哪一个物体首先开始滑