高中物理必修2《生活中的圆周运动》教案

高中物理要求2 生活中的圆周运动教案教学目标1.知识和技能(1)知道如果一个力或几个力的合力的作用是使一个物体产生向心加速度，它就是一个圆形运动物体的向心力。向心力将在具体问题中进行分析。(2)能够理解和运用匀速圆周运动规律，分析和处理生产和生活中的具体事例。(3)知道向心力和向心加速度公式也适用于变速圆周运动，就可以计算物体在变速圆周运动中特定点的向心力和向心加速度。2.过程和方法(1)通过对匀速圆周运动实例的分析，渗透理论联系实际的观点，提高学生分析问题和解决问题的能力。(2)匀速圆周运动规律也可用于变速圆周运动，渗透特殊性与普遍性的辩证关系，提高学生的分析能力。(3)通过对离心现象实例的分析，综合运用知识，提高学生解决问题的能力。3.情感、态度和价值观(1)通过对几个例子的分析，学生可以清楚地认识到，具体问题必须具体分析，理解物理与生活的关系，学会以合理、科学的方式处理问题。(2)通过离心运动的应用和预防实例的分析，学生可以理解一切都是分成两部分的，他们应该学会从分成两部分的角度看待问题。(3)培养良好的思维和表达习惯以及科学价值观。教学中的重点和难点教学重点：理解向心力是一种有效的力量；结合牛顿运动定律，我们可以找出在具体问题中谁提供向心力，并解决相关问题。教学难点：具体问题的向心力；讨论和分析关键问题；变速圆周运动的理解和处理。教学工具多媒体，板书教学过程新课介绍生活中的圆周运动随处可见，如移动物体的转动、汽车、火车、飞机、自行车和摩托车的转动。只要你注意观察，高速公路和赛车的转弯处都被做成高外低内的道路。自行车和摩托车转弯时必须倾斜身体.你知道为什么吗？一、铁路曲线1.基础知识(1)曲线上列车的运动特性当一列火车在曲线上行驶时，它以圆周运动，并有向心加速度。因为它的巨大质量，它需要很大的向心力。(2)转弯时内外轨等高的缺陷。如果内轨和外轨在拐角处彼此一样高，向心力由外轨对轮辋的弹力提供，因此轨道和车轮非常脆弱。(3)铁路弯道的特点转弯时外轨略高于内轨。(2)钢轨对列车的支撑力不是垂直向上的，而是向曲线内侧倾斜的。(3)列车上轨道支撑力和列车重力的合力指向轨道中心，当列车以规定速度行驶时，轨道中心提供向心力。2.思考和判断(1)列车曲线的半径非常大，因此列车转弯所需的向心力非常小。(2)列车转弯时的向心力由轨道和车轮之间的挤压提供。(3)列车通过弯道时有速度限制。询问沟通除了内低外高的特点，你知道哪条路？提示有些道路具有高外低内的特点，以增加车辆圆周运动的向心力，从而提高车辆的运动速度。因此，一些比赛项目的跑道角应该由外向内高，由内向外低，如汽车、摩托车、自行车跑道角和高速公路角。二。拱桥1.基础知识2.思考和判断(1)当汽车在水平路面上匀速行驶时，地面上的压力等于汽车的重量，当汽车加速时，地面上的压力大于汽车的重量。()(2)当汽车在拱桥上行驶时地球可以被视为一座半径等于地球半径的巨大拱桥。试着讨论一下：有一辆车在地上跑。面对地面的支撑力和汽车的速度之间有什么关系？司机感觉如何？提示根据汽车跨越凸桥的原理，地球支持它随着v的增加，FN减小。当.的时候此时，驾驶员和座椅之间的压力为零。他感觉像在飞，所以司机感觉没有重量。三、飞船中的失重和离心作用1.基础知识(1)航天器在低地球轨道上的运动(1)对于航天器来说，在低地球轨道上可以认为地球的引力等于它的引力，引力充当向心力，满足如下关系(2)对于宇航员，向心力由重力和座椅的支撑力提供，满足关系为宇航员完全失重，座椅上没有压力。(3)航天器中的任何物体之间没有压力。(2)对失重的理解宇宙飞船中的任何物体都是完全失重的，但这并不是说该物体不受地球引力的影响。正是由于地球引力的作用，宇宙飞船和它的全体成员做匀速圆周运动。(3)离心运动定义：物体沿切线飞出或逐渐远离圆心。原因：向心力突然消失或外力不足以提供所需的向心力。2.思考和判断(1)宇航员和宇宙飞船中围绕地球匀速圆周运动的所有物体都是完全失重的。()(2)航天器中完全失重的物体不受重力影响。(3)在航天器中处于完全失重状态的物体上的合力为零。()询问沟通在雨天，当你旋转雨伞时，你会发现水滴沿着伞边的切线飞散(如图所示)。你能说出原因吗？提示当旋转雨伞时，雨滴也随之移动。然而，伞面上的力不足以为雨滴提供圆周运动的向心力。由于惯性，雨滴以切线方向飞出，以保持它们原来的速度方向。四、列车转弯问题问题指南1.火车转弯时，轨道平面是水平的吗？2.火车转弯时如何提供向心力？3.当火车转弯时，速度和轨道上的横向压力会改变吗？1.轨道分析在转弯过程中，列车的轨道是一个圆弧。由于重心的高度在转弯过程中是恒定的，所以火车轨道所在的平面是一个水平面，而不是一个斜面。列车的向心加速度和向心力沿水平面指向圆心。2.向心力分析如图所示，当列车速度合适时，列车受到重力和支撑力的影响，列车转弯所需的向心力完全由重力和支撑力的合力提供，该合力位于水平方向，F=mgtan 。是弯道的半径，是轨道平面和水平面之间的角度，v0是弯道的指定速度。4.轨道压力分析(1)当列车速度v等于规定速度v0时，所需向心力仅由重力和弹力的合力提供，列车对内外轨道没有挤压作用。(2)当列车运行速度V不等于规定速度v0时，列车所需的向心力不再仅由重力和弹力的合力提供。此时，内外轨道对列车轮缘有挤压作用。具体条件如下：当列车以vv0运行时，外轨对轮缘有侧向压力。(2)当列车以v0运行时，内轨对轮缘有侧向压力。错误警告汽车、摩托车赛道的转向点和高速公路的转向点设计成高外低内，通过重力和支撑力的合力提供向心力，减少车轮对地面的横向静摩擦力。例如，有一列重量为100吨的列车，它以72公里/小时的恒定速度通过与内、外轨道高度相同的曲线，半径为400米(g取10米/秒2)(1)尝试计算钢轨上的侧向压力；(2(1)有问题的是，外轨对轮缘的侧向压力提供了列车转弯所需的向心力。(2)有问题的是，重力和轨道对列车的支撑力的合力为列车转弯提供了向心力。(1)105牛(2)0.1摘要要解决这类问题，我们必须首先弄清楚物体是做圆周运动的，然后我们必须找出物体做圆周运动的平面和圆心，并明白向心力是作用在物体上的合力。V.垂直面内的圆周运动问题指南1.关于垂直面内的圆周运动，一般讨论哪两种模型？2.对于“绳模型”，粒子穿过最高点的临界条件是什么？3.对于“杆模型”，粒子穿过最高点的临界条件是什么？1.绳索模型在绳子的作用下，球在垂直面内做圆周运动，球沿着垂直平滑轨道的内侧做圆周运动，所有这些都是绳模型，如图所示。(1)向心力分析(1)当球移动到最高点时，受到向下的重力和向下的绳索拉力(或轨道弹力)的作用，两种力的合力作为向心力(2)当球移动到最低点时，受到向下的重力和向上的绳索拉力(或轨道弹力)的作用，两种力的合力作为向心力(2)临界条件当球刚刚越过最高点时，它应该满足比赛的要求。可以得到球在垂直面内圆周运动的临界速度。(3)最高点应力分析2.杆模型光杆拉动球在垂直面内做圆周运动，球在垂直放置的光滑细管内做圆周运动，都是杆模型，如图所示。(1)向心力分析(1)当球移动到最高点时，它受到杆(或轨道)的弹力和向下的重力的作用，这两种力的合力起向心力的作用。如果弹力向上：(2)当球移动到最低点时，它受到向上的杆(或轨道)弹力和向下的重力的作用，这两种力的合力作为向心力(2)临界条件由于杆和管可以对球产生向上的支撑力，所以球在垂直面内做圆周运动的临界条件是，当球移动到最高点时，速度正好为零。(3)最高点应力分析特别提醒1.绳模型和杆模型中的小球做变速圆周运动，小球垂直方向的合力在最高点和最低点作为向心力。2.绳索模型和杆模型的力特性在最低点是一致的。杆模型可以在最高点提供垂直向上的支撑，但绳索模型不能。例如，长度为0.5 m的光杆OA在垂直平面内绕o点做圆周运动，质量为m=2 kg的球附着在a端。球通过最高点时施加在光杆上的力的大小和方向在以下两种情况下计算。(g需要10 m/s2)(1)匀速圆周运动的杆的转速为2.0r/s；(2)匀速圆周运动的杆的转速为0.5转/秒试题指南(1)当球处于最高点时，杆对球的弹力有支撑力和拉力两种可能性。(2)当球处于最高点时，杆的旋转速度完全是非弹性的，然后进行行列式分析。回答(1)球对杆的拉力为138牛顿，方向垂直向上。(2)球对杆的压力为10 N，方向垂直向下。六、离心运动问题指南1.离心现象的本质是什么？2.物体什么时候做离心运动？3.离心运动和近中心运动有什么区别？1.离心运动的本质离心现象的本质是物体惯性的表现。在圆内运动的物体由于惯性总是有沿着圆的切线飞出的趋势。它们没有飞出的原因是由于向心力的作用。从某种意义上说，向心力的作用是不断地将物体从圆周的切线方向拉回到圆周上对上述关系的进一步分析表明，如果最初做圆周运动的物体的速度不变，向心力将减小或向心力不变，如果速度变大，物体将做离心运动。如果速度不变，向心力增加或向心力保持不变，而速度降低，物体将向中心移动。错误警告1.当物体离心运动时，没有“离心力”。“离心力”的说法是因为有些学生把惯性视为力。2.离心运动不是沿径向远离圆心的运动。例如，如图所示，在高速公路转弯处，汽车轮胎与路面之间的半径R=250 m，动摩擦系数=0.25。如果路面是水平的，汽车转弯时避免横向滑动(离心现象)的最大速度vm是多少？当超过v时会发生什么？(g=10 m/s2)试题指南(1)明确的向心力。(2)了解离心运动的原因。回答90公里/小时的汽车做离心运动或翻转七.航天器完全失重例如，如图所示，宇航员在围绕地球匀速圆周运动的空间站中完全失重。以下陈述是正确的()宇航员仍然受到重力的影响B.宇航员的压力平衡C.宇航员的重力等于所需的向心力D.宇航员不受重力影响。交流电1.