教科版必修二 2.3圆周运动的实例分析 教案3.doc

第3节 圆周运动的实例分析教学过程 教学环节 教学内容 教学说明 直接过渡导入 学以致用是学习的最终目的，本节课通过几个具体实例的探讨来深入理解相关知识点并学会应用. 新课教学 一、 讨论向心力的来源1观察思考：自行车、汽车拐弯时向心力的来源 2请学生列举一些做匀速圆周运动的例子，分析向心力的来源 生：万有引力提供向心力（人造地球卫星）；弹力提供向心力（系绳小球在光滑水平面上做匀速圆周运动）；摩擦力提供向心力（物体在转盘上随转盘一起转动）；合力提供向心力（圆锥摆等） 师：（说明） （ 1 ）向心力是按效果命名的力 （ 2 ）任何一个力或几个力的合力只要作用效果是使物体产生向心加速度，这个力或合力就是物体所受的向心力； 它可以是某种性质的一个力，也可以是几个不同性质的力沿着半径指向圆心的合外力 （ 3 ）不能认为做匀速圆周运动的物体在各种实际的力之外，还要另外受到向心力 二、火车转弯问题1图片展示：平直轨道上匀速行驶的火车提出问题：（ 1 ）火车受几个力的作用？ （ 2 ）这几个力的关系如何？ 学生活动设计 （ 1 ）观察火车运动情况 （ 2 ）画出受力示意图，结合运动情况分析各力的关系 师生互动 （ 1 ）火车受重力、支持力、牵引力及摩擦力 . （ 2 ）四个力的合力为零，其中重力和支持力的合力也为零，牵引力和摩擦力的合力也为零 过渡火车转弯时情况会有何不同呢？ 图片平弯轨道火车转弯情形提出问题： （ 1 ）转弯与直进有何不同？ （ 2 ）受力分析 学生活动 结合所学知识讨论分析 师生互动 思维方法渗透 只要是曲线轨迹就需要提供向心力，并不是一定做匀速圆周运动中的 r 指确定位置的曲率半径 结论转弯时需要提供向心力，而平直前行不需要 受力分析得：需增加一个向心力 ( 效果力 ) ，由铁轨外轨的轨缘和铁轨之间互相挤压产生的弹力提供 深入思考 师：挤压的后果会怎样？ 学生讨论 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，轨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 设疑引申 师：那么应该如何解决这一实际问题？ 学生活动 师：发挥自己的想象力结合知识点设计方案 提示 （ 1 ）设计方案的目的是为了减小弹力 （ 2 ）录像剪辑火车转弯 学生提出方案 铁路外轨比内轨高，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”，从而减轻铁轨和轨缘的挤压 点拨讨论 师：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 生：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 投影如下图所示 设车轨间距为 l ，两轨高度差为 h ，转弯半径为 r ，火车质量为 m 师生互动分析 根据三角形边角关系 对火车的受力情况进行分析，重力和支持力的合力提供向心力，内外轨均无挤压 又因为 很小 所以 sin tan 综合有故又所以实际讨论 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 一 定， 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？ 师生互动分析 （ 1 ）f 向 f ( f 支与 g 的合力 ) ，故外轨受挤压，对轨缘有作用力 ( 侧压力 ) f 向 f f 侧 （ 2 ） f 向 f ( f 支与 g 的合力 ) ，故内轨受挤压后对轨缘有侧压力 f 向 f f 侧 说明向心力是水平的 三、飞机转弯 1录像剪辑飞机转弯，提问：向心力的来源 受力分析， 如图所示四、汽车过拱桥问题 1凸形桥和凹形桥 (1) 物理模型 投影如图 (2) 因是桥形弯曲，故需向心力 2在静止情况下分析 学生活动 结合“平衡状态”进行受力分析 同学解答 生：重力、支持力，二者合力为零，f 压 g 3. 以速度 v 过桥顶 ( 底 ) (1) 过凸形桥顶 学生活动 画受力示意图 . 利用牛顿运动定律分析f 压. 同学主动解答 考虑沿半径方向受力 牛顿第三定律 . f 压f n f 压f n 讨论： 由上式知 v 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 画受力示意图 利用牛顿定律分析 f 压 提问 c 层次同学，类比分析 考虑沿半径受力 牛顿第三定律 f 压f n f 压f n 由上式知，v增大，f 压增大 拓展讨论 实际生活中的拱形桥是哪种？为什么？ 理论联系实际分析 实际中都是拱形桥 原因 f 压mg失重注意： 利用图片展示，提高学生兴趣 学生的思维在于教师的激发，学习的积极性在于教师的调动通过让学生发表见解，提出疑问，培养学生的语言表达能力和分析问题的能力 问题小组提出的问题很多，课堂上师生探究的仅仅是其中的一部分 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 强化训练 例题1：质量为 m 的小球用长为 l 的细线连接着，使小球在水平面内做匀速圆周运动，细线与竖直方向夹角为 ，试求其角速度的大小？对小球而言，只受两个力，重力和细线拉力，这两个力的合力 mgtan 提供向心力，知道半径 r lsin所以由 得 总结规律 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，运用平行四边形定则4解方程，并对结果进行必要的讨论通过实例分析，达到巩固所学知识的目的 内容拓展；离心运动1认识离心运动 师生互动 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 学生讨论 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，运动员一松手，“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，速度极快的汽车在急速转弯时，会出现向外侧滑的现象 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的离心运动是怎样发生的吗 ? 学生认真思考并讨论问题，学生代表发表见解，相互交流、讨论 教师听取学生见解，点评、总结并投影出洗衣机脱水筒及洗衣机脱水时水的受力分析图 点评：培养学生观察生活的良好品质，培养学生发现问题、解决问题的主动求知的意识 2离心运动的应用和防止 离心运动有很多应用，离心干燥器就是利用离心运动把附着在物体上的水分甩掉的装置，在纺织厂里用来使棉纱、毛线或纺织品干燥把湿物体放在离心干燥器的金属网笼里，网笼转得比较慢时，水滴跟物体的附着力 f 足以提供所需的向心力 f ，使水滴做圆周运动当网笼转得比较快时，附着力 f 不足以提供所需的向心力 f ，于是水滴做离心运动，穿过网孔，飞到网笼外面洗衣机的脱水筒也是利用离心运动把湿衣服甩干的 我们知道，体温计装有水银的玻璃泡上方有一段非常细的缩口，测过体温后，升到缩口上方的水银柱因受缩口的阻力不能自动缩回玻璃泡里在医院里将许多用过的体温计装入小袋内放在离心机上，转动离心机，把水银柱甩回玻璃泡里当离心机转得比较慢时，缩口的阻力 f 足以提供所需的向心力，缩口上方的水银柱做圆周运动 . 当离心机转得相当快时，阻力 f 不足以提供所需的向心力，水银柱做离心运动而进入玻璃泡内 在水平公路上行驶的汽车，转弯时所需的向心力是由车轮与路面间的静摩擦力提供的如果转弯时速度过大，所需向心力 f 大于最大静摩擦力 fmax ，汽车将做离心运动而造成交通事故因此，在公路弯道处，车辆行驶不允