教学设计-生活中的圆周运动

1 生活中圆周运动 教案 一 设计思想 一 设计思想 本节课以生活中物体做圆周运动为实例 从受力情况和运动情况两个角度共同分析物体 做圆周运动的条件 围绕 供 需 平衡是做圆周运动的核心思想为切入点 以火车转弯 和汽车过拱形桥为实例剖析 清晰讲解水平面内圆周运动和竖直面内圆周运动实例 使本节 课知识衔接顺畅 使学生能在学习两个实例过程中形成对两类圆周运动的认识和比较 总结 学习方法 目的在于让学生体会物理源于生活 又应用于生活 生活中物理无处不在 调动 学生学习物理的积极性 二 教材分析二 教材分析 本节课是在学生学习圆周运动 向心加速度 向心力以后的一节应用课 加深对于圆周 运动具体化的分析和应用 同时有利于培养学生理论联系实际的能力 通过本节知识学习所 培养 建立起来的解题思路与思维方式 也为以后第六章研究天体运动及高二选修中研究带 电粒子在磁场中的圆周运动等问题做好铺垫性工作 3 3 学情分析学情分析 1 学生在前几节知识学习之后已初步了解向心加速度及向心力知识 也清楚向心力来源 会基本应用 但是结合实际分析练习还不够娴熟 2 如何在实际问题中寻找向心力是学生对于圆周运动掌握的薄弱环节 从受力情况和运 动情况去分析作圆周运动的条件这一解决圆周运动的理念还应通过解题强化 四 教学目标四 教学目标 一 知识与技能 1 会在具体问题中分析向心力的来源 进一步认识和理解向心力是效果力 可以是物 体所受其中一个力 可以是几个力的合力 也可以是其中一个力沿某一方向的分力 2 运用圆周运动所学习和归纳的规律去分析 处理实际生活中的具体问题 二 过程与方法 1 通过对火车在弯道处作匀速圆周运动的实例分析 从轨道一样高的运动分析 受力 分析 磨损介绍 到研究解决磨损的举措 到提出改变轨道高度以达到改变支持力方向 从 而是向心力由重力和支持力合力来提供以减少磨损的最终目标 明确这类说圆周运动解决思 路 提高学生分析和解决问题的能力 2 通过对汽车过拱形桥 凹形桥运动实例进行分析 解决为什么现实生活中设计的桥多 2 为拱形桥这一疑惑点 同样从 供 需 平衡角度入手解决圆周运动问题 三 情感 态度和价值观 通过现实生活中圆周运动实例分析 让学生明确在解决物体做圆周运动类问题中 供 需 平衡是列式的关键 同时为下一节解决离心运动类问题和水平面 竖直面圆周运动临 界条件做铺垫 五 教学重点与难点五 教学重点与难点 重点 在具体问题中能找到向心力的来源 并能根据从受力角度和运动学方面找寻供需 平衡 从而解决所求问题 难点 具体问题中向心力的来源分析 明确向心力是效果力 可以是某一个力 可以是 几个力的合力 也可以是其中一个力的分力 六 教学准备 六 教学准备 PPTPPT 课件 相关视频 课件 相关视频 生活中圆周运动生活中圆周运动 导学案导学案 七 教学过程七 教学过程 一 导入新课 情景导入 师 在上节课的学习过程中同学们已经了解了向心力的基本特点 求解公式 也明确了解了 物体做圆周运动的基本条件 其实 这一条件的推出 是从物体受力情况 和物体运动情况两个方面共同分析得出的 简单总结就是做圆周运动的 需求 力和被 提 供 的力满足平衡 也就是当两者相等时物体才会做圆周运动 这也是解决圆周运动的核心 思想 解题关键 本节课我们将紧紧围绕这一核心思想入手去分析 解决实际生活中我们所 遇到的圆周运动问题 师 这是我在观看新闻介绍时所截图片 有同学可能对这一片段了解 有的可能不知道 下 面让我以记者身份向大家介绍 这一片段是发生在 2013 年 7 月 24 日 西班牙一列由首都新 德里开往北部城市费罗尔的一列火车 在途经圣地亚哥附近转弯时由速度过快 导致火车瞬 间脱轨 当时死亡人数 78 人 100 多人受伤 看到这一则新闻大家心情会比较沉重 不希 望这样的悲剧发生 那么这样的事故能不能在现实生活中避免其发生呢 师 下面大家考虑一下 火车在通过弯道时也不减速 那么如何来保证火车的安全呢 学生讨论 通过生活中的实例 引起学生对本节知识的高度重视 激发学生学习探索的兴趣 今天就让我们以一名工程师 设计师的身份 用我们所学物理知识去改变弊端 去避免 这样的悲剧再次发生 3 二 授新过程 1 板书板书 铁路的弯道 师 一切让我们从长计议 先来分析下 一列火车在平直轨道匀速行驶时 受力是如何的 生 踊跃发言 受四个力 重力 支持力 牵引力和摩擦力 师 在分析西班牙出事故火车转弯时运动情况前 让我们先来细致了解下火车的特点 以车 轮为重点研究对象 因为它是与轨道直接接触的部位 师 通过观察课件中展示火车车轮图片及类比生活中有轨道的地方 回答下列问题 火车车轮有什么特点 轮缘有什么作用 生 火车车轮有突起部分 轮缘 防止火车脱离轨道 师 仍然是刚才那列火车 匀速运动到转弯处时 如果还是一样高度的轨道条件下 此时火 车做什么运动 受力情况如何 生 踊跃发言 做圆周运动 受重力 支持力 轨道对轮缘的弹力充提供 充当 向心力 培养学生的自学能力和分析问题的能力 师 这样的设计有没有什么危害和不足 学生讨论 生 由于火车质量较大 长时间运行的情况下 外侧轨道对火车轮缘持续作用弹力 长时间 会使两种磨损较大 易损坏 不安全 师 那么面临当今火车提速的要求之下 当火车运动到铁路弯道时时 为了安全并达到了保 护铁轨的目的 要求火车对内外轨都无挤压 这时什么力提供了向心力 圆心又在何处 通过学生的思考 突破本节的难点 生 由于目的在于减少内外轨对于轮缘的挤压 我们可从向心力来源角度入手去分析 重力 方向不能改变 试着通过改变支持力去达到减少磨损的目的 两侧轨道高度不一样便可达到 这一目的 火车受的重力和支持力的合力提供向心力 圆心在水平面 即火车转弯时做水平 面内圆周运动 师 通过火车在转弯时的受力分析 明确 F mgtan mv2 r 0 tan vgr 4 同时注意 如果题目中给出两轨道间距离L 外轨抬高的高度h 也可以已知量去表示V0 由火车转弯安全的规定速度入手分析 时 内外轨道对火车两侧车轮轮缘都无压力 外轨道对外侧车轮轮缘有压力 当车速过大时 火车容易发生脱轨 内轨道对内侧车轮轮缘有压力 通过学生的分析和师生共同总结 理解火车转弯时的速度限制应该限制在什么范 围之内 这个速度又与哪些因素有关 火车提速情况下保证乘客安全可行性方案 从而突出 火车转弯问题学生们应重点掌握的知识和解题思想 师 如果火车速度超过 tangr 会怎样 达不到这个速度又会怎样 生 如果火车速度超过规定的速度 重力和支持力的合力将小于需要的向心力 所差的仍需 由外轨对轮缘的弹力来弥补 如果火车的速率小于规定的速度 重力和支持力的合力将大于 需要的向心力 超出的则由内轨对内侧车轮轮缘的弹力来平衡 师 科技是在进步的 火车是会提速的 随着火车的提速 旧的轨道会带来越来越多的不便 因为火车每次经过此段路面时都要减到规定速度 是很不方便的 所以要对轨道进行改造 对于提速后的火车 我们应该如何改造路面呢 生 可以加大火车做圆周运动的轨道平面半径 也可以加大内外轨的高度差 即抬高外侧轨 道 但前者实施起来较困难 所以现实生活中多采取后者 师 那如何确定内外轨的高度差 h 呢 假设提速后火车速度为 0 v 铁路弯道的半径是根据地形条件决定的 这里设为 r 是高 度差 h 应该是多少呢 学生思考分析 教师巡视答疑 师 我们知道最好的方式就是由重力与支持力的合力提供向心力 是有 tan 2 0 mg r v m 当路 面向圆心一侧倾斜的角度 不太大时 由于 L h tg sin 其中L为轨距 上式变为 r v m L h mg 2 所以可用 gr v Lh 2 来计算h值的大小 L ghr v 5 课堂例题 例 一段铁路转弯处 内外轨高度差为h 10cm 弯道半径为r 625m 轨距L 1250 mm 求这段弯道的设计速度v0是多大 g 10m s2 小试牛刀 例 在一次汽车拉力赛中 汽车要经过某半径为 R 的圆弧形水平轨道 地面对汽车的最 大静摩擦力为车重的 0 1 倍 汽车要想通过该弯道时不发生侧滑 那么汽车的行驶速度 不应大于 D 10 g A R B gR 10CgR 10DgR 提高学生综合应用知识解决实际问题的能力 同时培养学生举一反三的能力 2 2 板书板书 拱形桥 生活中我们所在的桥多为拱形桥 很少见到凹形桥 这其中有什么设计理念呢 就我们所学物理知识 今天来一起去探讨和分析解决心中的疑问 提升学生的感性认识 激发深入探讨研究的兴趣 师 汽车过拱形桥最高点时飞离地面的原因时什么 生 汽车速度太大 师 汽车过拱形桥最高点时也需要限制速度 那么 这个速度与哪些因素有关 过最高点时 地面的支持力与汽车重力又存在怎样的大小关系 下面 我们在实际生活中汽车过拱形桥和 凹形桥的实例中找寻答案 例 一辆质量 的小轿车 驶过半径R的一段凸形圆弧桥面 重力加速度 g 求 汽车以 速度V通过桥面最高点时 对桥面压力是多大 当汽车速度哦是多少时 汽车对桥恰没压力 汽车通过拱形桥面最高点时 重力与支持力的合力提供向心力 由向心力公式有 R v mFmg N 2 解得桥面的支持力大小为 R v mmgF Z N 培养学生独立分析问题 解决问题的能力 体会成功求知的喜悦 激发学习物理 6 的兴趣 当 FN 0 时 汽车的速度为 就会发生汽车飞离地面 gRv 理解汽车过拱形桥最高点时的速度与哪些因素有关 知道过最高点时地面的支持 力与汽车重力的大小关系 师 那现在同样的汽车如果过凹形桥有有何特点呢 学生自主探究 学生代表发言 生 总结出来求解的公式 分析讨论在运动到凹形桥最低点时 向心力是支持力减去重力 从而发现到最低点时 汽车对桥的压力超过自身重力 较容易损坏桥梁 师 同学们发现汽车运动到拱形桥最高点时 桥所受压力小于汽车重力 而运动到凹形桥最 低点时桥所受压力大于小车重力 相比之下就发现为什么现实生活中桥梁多以拱形桥为主了 从防止时间长桥梁受损严重 直接影响行人安全角度考虑 师生共同归纳总结 设计意图 进一步强化解决圆周运动的核心思想 注意 供 需 平衡 例 有一质量为800Kg的小汽车驶上圆弧半径为50m的拱桥 1 汽车到达桥顶时速度为5m s 汽车对桥的压力是多大 2 汽车以多大的速度经过桥顶时恰好对桥没有压力 小试牛刀 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 课堂小结 1 生活中做圆周运动的物体满足 供 需 平衡 是解决圆周运动的核心思想 从物 体受力情况和运动情况两个角度去分析物体 寻找向心力来源也是本节再次强化训练的问题 2 两个实际生活实例分析 火车转弯 明确外轨略高于内轨 达到减少轨道挤压 降低磨损的目的 同时面对火车 提速并且以保证乘客安全为最终目的情况下 通过改变轨道半径或者内外轨道倾角实现 但 改变倾角更易操作实施 拱形桥 通过研究新车通过拱形桥 凹 7 形桥的运动情况及受力情况 分析为什么现实生活中拱形桥最普遍 以此达到解决现实生活 中圆周运动系列问题的目的 四 布置作业 书 30 页 2 3 4 题及导学案 八 板书设计八