圆周运动教材分析ppt课件.pptx

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 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 让生命因教育而精彩 核心素养与概念进阶 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 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 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 第一节圆周运动 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 vB Ar1 br2 2 r1 T1 B C vB r2 vC r33 参考例题 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 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 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 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 怎样描述圆周运动 拓展要求 运动学的状态参量 位矢 运动方程 位移 速度 加速度 速率 圆周运动的线量描述 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 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 线量和角量的关系 O A B R x 线量和角量的关系 第二节匀速圆周运动向心力与向心加速度 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 人教版 速度变化 向心加速度 教科版 承接描述圆周运动的物理量 1 物体做变速直线运动 一 回顾速度的变化量 vt v0 v v0 2 物体做曲线运动 v0 vt v v0 vt v 3 物体做圆周运动 二 匀速圆周运动速度的变化量 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 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 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 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 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 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 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 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 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 第三节圆周运动实例分析 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 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 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 实例2 汽车转弯与赛道 汽车的质量为m 2 0 103kg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 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 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 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 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 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 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 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 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 F F f 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 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 m 2r 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F Fn m 2r 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 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 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