高中物理 3.向心力的实例分析优秀教案（教师版） 鲁科版必修1

用心 爱心 专心1 第第 3 3 节节 向心力的实例分析从容说课向心力的实例分析从容说课 教材首先明确提出向心力是按效果命名的力 任何一个力或几个力的合力只要它的作 用效果是使物体产生向心加速度 它就是物体所受的向心力 接着详细介绍了火车转弯和 汽车过拱桥两个常见的实际问题 后面又附有讨论与交流 开拓学生的思维 1 匀速圆周运动的实例分析 1 日常生活中物体做圆周运动的例子比较多 受力情况也比较复杂 在对运动物体 进行受力分析时 一定要分析性质力 也就是说 提供物体向心力的既可以是重力 弹力或 摩擦力等性质力 也可以是它们的合力 2 向心力和向心加速度的计算公式既适用于匀速圆周运动 也适用于变速圆周运动 例 如 用细绳系着小球在竖直平面内做圆周运动 在最高与最低这两个特殊位置 物体所受 的合外力全部提供向心力 有关的计算公式照样适用 2 竖直平面内的圆周运动需要理解两种情形 1 对没有物体支撑的小球 如小球系在细线的一端 小球在圆轨道内侧运动等 在 竖直平面内做圆周运动过最高点的临界条件是 绳子或轨道对小球恰无弹力的作用 即若 小球做圆周运动的半径为 R 它在最高点的临界速度 gRv 临 教学重点教学重点 1 理解向心力是一种效果力 2 在具体问题中能找到向心力 并结合牛顿运动定律求解有关问题 3 具体问题中向心力的来源 教学难点教学难点 1 火车在倾斜弯道上转弯的圆周运动模型的建立 2 关于对临界问题的讨论和分析 教具准备教具准备投影仪 CAI 课件 课时安排课时安排 1 课时 三维目标三维目标 一 知识与技能一 知识与技能 1 会在具体问题中分析向心力的来源 2 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 3 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 二 过程与方法二 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 运用启发式问题探索教学方法 激发学生的求知欲和探索动机 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 三 情感态度与价值观三 情感态度与价值观 1 通过对几个实例的分析 使学生明确具体问题必须具体分析 2 激发学生学习兴趣 培养学生关心周围事物的习惯 3 培养学生的主动探索精神 应用实践能力和思维创新意识 教学过程教学过程 导入新课导入新课 1 复习匀速圆周运动的知识点 提问 用心 爱心 专心2 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 2 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 推进新课推进新课 一 火车转弯问题一 火车转弯问题 CAI 课件 模拟在平直轨道上匀速行驶的火车 提出问题 1 火车受几个力作用 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 四个合力为零 其中重力和支持力合力为零 牵引力和摩擦力合力也为零 过渡 那火车转弯时情况会有何不同呢 CAI 课件 模拟平弯轨道火车转弯情形 提出问题 转弯与直进有何不同 学生活动 学生活动 结合所学知识讨论分析 并对火车受力分析 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 中的 r r v mF 2 指确定位置的曲率半径 结论 转弯时需要提供向心力 而平直路前行不需要 2 受力分析得 需增加一个向心力 效果力 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 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 设疑引申 那么应该如何解决这一实际问题 学生活动 学生活动 发挥自己的想象能力 结合知识点设计方案 提示 用心 爱心 专心3 1 设计方案目的是为了减小弹力 2 录像剪辑 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 提供向心力 从而减轻铁轨和轮缘的挤压 点拨讨论 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 如图所示 设车轨间距为 L 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 据三角形边角关系 L h sin 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 又因为 很小 所以 sin tan Mg F tan 综合有 故 又 所以 Mg F L h Mg L h F R v MF 2 L ghR v 实际讨论 在实际中反映的意义是什么 L ghR v 学生活动 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 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 L ghR 师生互动分析 1 F支与 G 的合力 故外轨受挤压对轮缘有作用 力 侧压力 F向 F F侧 用心 爱心 专心4 2 F支与 G 的合力 故内轨受挤压后对轮缘有侧 压力 F向 F F侧 说明 向心力是水平的 二 汽车过拱桥问题二 汽车过拱桥问题 1 凸形桥和凹形桥 1 物理模型 投影 如图甲 乙 2 因汽车过拱桥是曲线运动 故需向心力 2 静止情况分析 学生活动 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 v 过桥顶 底 1 过凸形桥顶 学生活动 学生活动 画受力示意图 利用牛顿定律分析 F压 同学主动解答 投影 考虑沿半径方向受力 r v mFmg N 2 牛顿第三定律 F压 FN mg r v mmgFF N 2 压 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grv grv 面 发生危险 2 过凹形桥底 学生活动 学生活动 画受力示意图 利用牛顿定律分析 F压 a 考虑沿半径受力 r v mmgFN 2 用心 爱心 专心5 b 牛顿第三定律 FN F压 C mgmg r v mFF N 2 压 d 由上式知 v 增大 F压增大 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 实践中都是凸形桥 原因 F压 mg 三 归纳匀速圆周运动应用问题的解题思路三 归纳匀速圆周运动应用问题的解题思路 学生活动 学生活动 结合火车转弯问题和汽车过桥问题各自归纳 多媒体课件展示 多媒体课件展示 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 课堂小结课堂小结 1 教师小结 本节通过几个典型实例分析进一步认识了匀速圆周运动的一些特点 以及在实际问题 中的具体应用 得出了此类问题的具体解题步骤及注意事项 2 学生归纳 分别独自按照教师的提示及自己的