生活中的圆周运动教学设计.doc

5、8 生活中的圆周运动教学设计一、 教案背景1，面向学生： 中学 小学 2，学科：物理3，课时：14，学生课前准备：预习本课内容查询百度网站收集火车转弯，汽车过拱形桥，航天器中的失重现象，离心运动二、 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分式也适用于变速圆周运动，会求变速圆周运动中物体在物殊点的向心力和向心加速度。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，提高学生的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、态度与价值观培养学生的应用实践能力和思维创新意识；运用生活中的几个事例，激发学生的学习兴趣、求知欲和探索动机；通过对实例的分析，建立具体问题具体分析的科学观念。三、 教材分析本节课在匀速圆周运动的基础上，通过一些生活中存在的圆周运动，让学生理解向心力和向心加速度的作用，知道其存在的危害及如何利用，通过对航天器中的失重想象让学生理解向心力是由物体所受的合力提供的，任何一种力都有可能提供物体做圆周运动的向心力，通过对离心运动的学习让学生知道离心现象，并能充分利用离心运动且避免因离心运动而造成的危害，本节内容着重于知识的理解应用，学生对于一些内容不易理解，因此在教学时注意用一些贴近学生的生活实例或是让学生通过动手实验来得到结论。注意引导学生应用牛顿第二定律和有关向心力知识分析实例，使学生深刻理解向心力的基础知识；熟练掌握应用向心力知识分析两类圆周运动模型的步骤和方法，锻炼学生观察、分析、抽象、建模的解决实际问题的方法和能力；培养学生的主动探索精神、应用实践能力和思维创新意识。四、教学方法：讲授法、分析归纳法、推理法、分层教学法六、教学过程导入新课情景导入：赛车在经过弯道时都会减速，如果不减速赛车就会出现侧滑，从而引发事大家思考一下我们如何才能使赛车在弯道上不减速通过？课件展示自行车在通过弯道时的情景。根据展示可以看出自行车在通过弯道时都是向内侧倾斜，这样的目的是什么？赛场有什么特点？学生讨论结论：赛车和自行车都在做圆周运动，都需要一个向心力，而向心力是车轮与地面的摩擦力提供的，由于摩擦力的大小是有限的，当赛车与地面的摩擦力不足以提供向心力时赛车就会发生侧滑，发生事故。因此赛车在经过弯道时要减速行驶，而自行车在经过弯道时自行车手会将身体向内侧倾斜，这样身体的重力就会产生一个向里的分力和地面的摩擦力一起提供自行车所需的向心力，因此自行车手在经过弯道时没有减速。同样道理摩托车赛中摩托车在经过，大家思考一下我们如何才能使赛车在弯道上不减速通过？课件展示自行车在通过弯道时的情景。根据展示可以看出自行车在通过弯道时都是向内侧倾斜，这样的目的是什么？赛场有什么特点？学生讨论结论：赛车和自行车都在做圆周运动，都需要一个向心力，而向心力是车轮与地面的摩擦力提供的，由于摩擦力的大小是有限的，当赛车与地面的摩擦力不足以提供向心力时赛车就会发生侧滑，发生事故。因此赛车在经过弯道时要减速行驶，而自行车在经过弯道时自行车手会将身体向内侧倾斜，这样身体的重力就会产生一个向里的分力和地面的摩擦力一起提供自行车所需的向心力，因此自行车手在经过弯道时没有减速。同样道理摩托车赛中摩托车在经过弯道时也不减速，而是通过倾斜摩托车来达到同样的目的。下面大家考虑一下，火车在通过弯道时也不减速，那么我们如何来保证火车的安全呢？复习导入1、向心加速度的分式：an=r=r()22、向心力的公式： Fn=man =m=mr=mr()2推进新课（一）、铁路的弯道通过百度搜索/viev/6024C761C aaedd33.83C4d3a3.htm/ 铁轨和火车轮的形状讨论与探究火车转弯特点：火车转弯是一段圆周运动，圆周轨道为弯道所在的水平轨道平面。受力分析，确定向心力（向心力由铁轨和车轮轮缘的相互挤压作用产生的弹力提供）。深入思考挤压的后果会怎样？学生讨论由于火车质量、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。那么应该如何解决这一实际问题？学生活动发挥自己的想象能力结合知识点设计方案。提示1、设计方案目的为了减小弹力2、通过百度搜索/viev/5ba. 248ec0975+46527d3e/3d.htm/ 火车转弯学生提出方案火车外轨比内轨高，使铁轨对火车的支持力不再是竖直向上，此时，重力和支持力不再平衡，它们的合力指向“圆心”，从而减轻铁轨和轮缘的挤压。点拔讨论那么什么情况下可以完全使铁轨和轨缘间的挤压消失呢？学生归纳重力和支持力的合力正好提供向心力，铁轨的内外轨均不受到挤压（不需有弹力）定量分析投影如右图所示设车轨间距为，两轨高度差为h,转弯半径为R，质量为M的火车运行。师生互动分析F支据三角形边角关系sina=.F对火车的受力情况（重力和支持力合力提供向心力，对内外轨都无挤压）MgTana=又因为a很小所以sina=tana综合有故Mg又F=M所以实际讨论在实际中反映的意义是什么？学生活动结合实际经验总结：实际中，铁轨修好后h、R、L定，又g为定值，所以火车转弯时的车速为一定值。拓展讨论若速度大于又如何？小于呢？ 向m师生互动分析向m1、 向F(F支与G的合力)，故外轨受挤压对轮缘有作用力（侧压力）向=F+侧。2、 向F(F支与G的合力)，故内轨受挤压后对轮缘有侧压力，向=F-侧。说明向心力是水平的。师生互动1、思维方法渗透只要是曲线轨迹就需要提供向心力，并不是非得做匀速圆周运动。F=m中的r指确定位置的曲率半径。结论转弯需要提供向心力，而平直路前行不需要。(二)汽车拱桥问题1、凸形桥过凹形桥（1）物理模型投影如图 A甲乙 A （2）因是曲线，故需向心力2、静止情况分析学生活动结合“平衡状态”受力分析同学积极解答受重力、支持力，二者合力为零，F压=G。3、以速度过桥顶（底）（1）过凸形桥顶学生活动1、画受力示意图。2、利用牛顿定律分析F压。同学主动解答，投影1、考虑沿半径方向受力mgFN=m2、牛顿第三定律。F压= FN3、F压= FN= mg- mmg 4、讨论： 由上式知增大时，F压减小，当=时，F压=0；当时，汽车将脱离桥面，发生危险。（2）过凹形桥底学生活动1、画受力示意图。2、利用牛顿定律分析F压。提问C层次同学，类比分析1、考虑沿半径受力FNmg= m2、牛顿第三定律FN =F压3、F压= FN= m+mgmg4、由上式知，增大，F压增大思维拓展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还是小呢？学生自主画图分析，教师巡回指导。拓展讨论实际中桥都建成哪种拱形桥？为什么？理论联系实际分析1、实践中都是拱形桥。 F压mg.失重2、原因 注意：归纳匀速圆周运动应用问题的解题思路。学生活动结合火车转弯问题和汽车过桥问题各自归纳，要求：A 层次：写出重点关键步骤。B 层次：标明思维方式，注意事项。C 层次：分步确定。投影解题思路1、明确研究对象，分析其受力情况，确定研究对象运动的轨道平面和圆心的位置，以确定向心力的方向，这是基础。2、确定研究对象在某个位置所处的状态，进行具体的受力分析，分析哪些力提供了向心力，此为解题关键。3、列方程求解，在一条直线上，简化为代数运算；不在一条直线上，用平行四边形定则。4、解方程，并对结果进行必要的讨论。课堂训练一辆质量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=10m/s2。求：（1）若桥面为凹形，汽车以 20m/s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10m/s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引导学生阅读教材“思考与讨论”中提出的问题情境，用学过的知识加以分析，发表自己的见解，上面“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，而是在般天飞行中。假设宇宙飞船质量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？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。其中所有的物体都处于完全失重状态。（四）、离心运动通过百度搜索 /v_show/id_XOTMyMTU2MzY=.html问题：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？通过百度搜索/softList.aspx?ClassID=531&ChapterID=728&NodeID=3030F=0洗衣机脱水 棉砂糖 制作无缝钢管 魔盘游戏 汽车转弯 转动的砂轮速度不能过大Fmrw2总结：1、提供的外力F超过所需的向心力，F物体靠近圆心运动。FF=mrw2 2、提供的外力F恰好等于所需的向心力，物体做匀速圆周运动。 3、提供的外力F小于所需的向心力，物体远离圆心运动。4、物体原先在做匀速圆周运动，突然间外力消失，物体沿切线方向飞出。例如:图所示，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，大家讨论一下满足什么条件水才能从水桶中流出来。若水的质量m=0.5kg，绳长L=60cm，求：（1）最高点水不流出的最小速率。（2）水在最高点速率=3m/s时，水对桶底的压力。通过百度搜索/programs/view/jgsXwi8Phv4/解析：（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则所求最小速率=m/s=2.42m/s。(2)当水在最高点的速率大于时，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FN+mg=m FN =mmg=2.6N(3)小球通过圆周最高点时，若速度大于最小速度，所需要向心力F向将大于重力G，这时绳对小球要施拉力F,如图所示，此时有GF+mg= mFO解得：F= mmg=(0.410)N=1.76N。若在最高点时绳子突然断了，则提供的向心力mg小于需要的向心力m，小球将沿切线方向飞出做离心运动（实际上是平抛运动）。七、布置作业教材“问题与练习”第1、2、3、4题。八、板书设计8生活中的圆周运动一、铁路的弯道1、轨道水平：外轨对车的弹力提供向心力2、轨道斜面，内外轨无弹力时重力和支持力的合力提供向心力二、拱形桥拱形桥：FN =Gm凹形桥：FN =G+m三、航天器的失重现象四、离心运动1、离心现象的分析与讨论2、离心运动的应用与防止九、课堂小结本节课中需要我们掌握的关键是：一个要从力的方面认真分析，搞清谁来提供体做圆周运动所需的向心力，能提供多大的向心力，是否可以变化；另一个方面从运动的物理量本身去认真分析，看看物体做这样的圆周运动究竟需要多大的向心力；如果供需双方正好相等，则物体将做稳定的圆周运动；如果供大于需，则物体将偏离圆轨道，逐渐靠近圆心；如果供小于需，则物体将偏离圆轨道，逐渐远离圆心；如果外力突然变为零，则物体将沿切线方向做匀速直线运动。十、活动与探究课题：到公园里亲自坐一下称为“魔盘”的娱乐设施，并研究、讨论：“魔盘”上的人所需向心力由什么力提供？为什么转速一定时，有的人能随之一起做圆周运动，而有的人逐渐向边缘滑去？观察并思考： 1、汽车、自行车等在水平面上转弯时，为什么速度不能过大？ 2、观察滑冰运动员及摩托车运动员在弯道处的姿势，并分设疑引申十一、 教学反思本节课通过探