生活中的圆周运动教学设计

5 5 8 8 生活中的圆周运动教学设计生活中的圆周运动教学设计 一 一 教案背景教案背景 1 面向学生 中学 小学 2 学科 物理 3 课时 1 4 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 二 教学目标教学目标 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 三 教材分析教材分析 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 四 教学方法 讲授法 分析归纳法 推理法 分层教学法 六 六 教学过程教学过程 导入新课导入新课 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 复习导入复习导入 1 向心加速度的分式 an r r 2 r 2 2 T 2 2 向心力的公式 Fn man m mr mr 2 R 2 2 T 2 推进新课推进新课 一 铁路的弯道 通过 百度搜索 aaedd33 83C4d3a3 htm 铁轨和火车轮的形状 讨论与探究讨论与探究 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 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 据三角形边角关系 sina L h 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 Tana Mg F 又因为 a 很小 所以 sina tana 综合有 L h Mg F 故 Mg L h 又 F M所以 R 2 L ghR 实际讨论 在实际中反映的意义是什么 L ghR 学生活动 结合实际经验总结 Mg F支 F 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 L ghR 师生互动分析 1 向 F F支与 G 的合力 故外轨受挤压对轮缘有作用力 L ghR 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 L ghR 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 r 2 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 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 向 m R 2 向 m R 2 甲 乙 同学主动解答 投影 1 考虑沿半径方向受力 mg FN m r 2 2 牛顿第三定律 F压 FN 3 F压 FN mg m mg r 2 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 gr gr 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 FN mg m r 2 2 牛顿第三定律 FN F压 3 F压 FN m mg mg r 2 4 由上式知 增大 F压增大 思维拓展思维拓展 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 rg 归纳匀速圆周运动应用问题的解题思路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 三 航天器中的失重现象 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 四 离心运动 离心运动 通过 百度搜索 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 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 总结 总结 1 提供的外力 F 超过所需的向心力 物体靠近圆心运动 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 F mrw2 F mrw2 F F 0 F 通过 百度搜索 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 mg m L 2 o 则所求最小速率 m s 2 42m s o gL8 96 0 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 o 下的压力 设为 FN 由牛顿第二定律有 FN mg m L 2 FN m mg 2 6N L 2 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 o 这时绳对小球要施拉力 F 如图所示 此时有 F mg m L 2 解得 F m mg 0 4 10 N 1 76N L 2 625 0 0 3 4 0 2 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 L 2 线方向飞出做离心运动 实际上是平抛运动 七 布置作业七 布置作业 教材 问题与练习 第 1 2 3 4 题 八 板书设计八 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 F G O o 拱形桥 FN G m R 2 凹形桥 FN G m R 2 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 活动与探究十 活动与探究 课题 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 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