高中物理人教新课标教案：必修2匀速圆周运动的实例分析

课题：匀速圆周运动的实例分析教知识学能目力品标德1、知识目标（1）知道向心力是做匀速圆周物体的合外力，对变速圆周运动的物体向心力是沿半径方向（法向）的合外力；（2）知道向心力、向心加速度的公式也适用于变速圆周运动；（3）会在具体问题中分析向心力的来源。2、能力目标培养学生的分析能力、综合能力和推理能力，明确解决实际问题的思路和方法。3、德育目标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教重材点分难析点重点：（1）掌握匀速圆周运动向心力、向心加速度的相关公式；（2）能用上述公式解决有关圆周运动的实例。难点：理解向心力是由法向合力提供的，而不是一种特殊的力。在变速圆周运动中公式中各量的对应关系。板书设计示意框图时序教学过程设计（重点写怎么教及学法指导，含课练，作业安排）（一）引入新课复习提问：向心加速度a的公式怎样写？根据牛顿第二定律F＝ma可得，对应的向心力公式有哪几个？引入：在日常生活中有很多圆周运动问题，而且大多是变速圆周运动，本节课我们应用圆周运动的向心力和向心加速度公式来分析几个实际问题，并从匀速圆周运动的分析推广到变速圆周运动的分析。（二）进行新课1、分析圆周运动问题的解题步骤（1）明确研究对象：根据研究的问题，确定研究的对象。（2）定圆心找半径：确定研究对象在哪个平面内做圆周运动，找到圆心和半径。（3）搞清向心力的来源：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；不能认为做匀速圆周运动的物体除了受到另外物体的作用外，还要受到向心力的作用。根据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。对于变速圆周运动，向心力是沿半径方向的合力提供的。（4）列方程：建立以向心加速度方向为正方向的坐标，根据向心力公式列方程。对于变速圆周运动，向心力和向心加速度公式仍然适用，但要注意公式中各量的瞬时对应关系。（5）解方程：解方程，对结果进行必要的讨论。2、实例分析【实例1】车辆转弯（1）自行车（或摩托车）转弯我们在骑自行车转弯时，有向外滑出的趋势，地面对自行车有指向内侧的静摩擦力F1，这个静摩擦力提供自行车转弯时所需的向心力。根据向心力公式有从公式中可以看出，转弯时所需的向心力与转弯时的速率及半径有关，如果转弯时的速率过大，静摩擦力不能满足转弯需要时自行车将向外滑出。【课件展示】摩托车转弯思考：摩托车转弯时车身为什么要适当倾斜？（2）汽车转弯①在水平路面上转弯：汽车在水平路面上转弯时的向心力也来源于地面的静摩擦力，根据向心力公式有F=mv2/rθGθGFNF1②在倾斜路面上转弯：汽车在倾斜路面上转弯时，重力和支持力的合力可提供一部分向心力。弯道的路面修好以后，r、θ为定值，因而F1的数值与v有关，当速率v合适时，可使F1等于零，这时G与FN的合力恰好提供转弯时所需的向心力，这时的速率叫做规定速率。（3）火车转弯①在水平路面上转弯：在平直轨道上匀速行驶时，所受的合力等于0；转弯时火车车轮受三个力：重力、支持力、外轨对轮缘的弹力，这时外轨对轮缘的弹力提供向心力。由于该弹力是由轮缘和外轨的挤压产生的，且由于火车质量很大，故轮缘和外轨间的相互作用力很大，易损害铁轨。θGFNFθGFNF思考练习：若火车转弯时的速率v＞v0，火车的哪一侧轮缘与轨道之间产生挤压？若火车转弯时的速率v＜v0，火车的哪一侧轮缘与轨道之间产生挤压？【实例2】汽车过拱桥问题：质量为m的汽车在拱桥上以速度v前进，桥面的圆弧半径为r，求汽车过桥的最高点时对桥面的压力？GGF1选汽车为研究对象，对汽车进行受力分析：受到重力和桥对车的支持力，两个力的合力提供向心力、且向心力方向竖直向下，根据向心力公式有F＝G－F1＝mv2/r解得桥对车的支持力为F1＝G－mv2/r，又因支持力与压力是一对作用力与反作用力，所以汽车对桥的压力大小等于F1，由上式看出这个压力小于汽车的重力G，汽车过拱桥时处于失重状态。汽车过拱桥时的速度越大，汽车对桥的压力越小，当速度增大到一定值时，汽车会脱离地面飞起来。（三）巩固训练Lθ①汽车过凹形桥：学生解答课后“思考与讨论”Lθ②圆锥摆：在长度是L的细绳下端拴一质量为m的小球，固定绳子的上端，使小球在水平面内做匀速圆周运动，细绳就沿圆锥面旋转。试分析做圆锥摆运动的小球的向心力的来源，并讨论小球旋转的角速度逐渐增大时带来的小球受力和运动情况的变化。（四）总结、拓展这节课我们学习了分析圆周运动问题的基本思路和方法，着重分析几个圆周运动的实际问题，实际中的圆周运动问题还很多，希望同学们在应用中逐步加深对圆周运动问题的认识。（五）布置作业P97练习六（4）、（5）；P101习题6、7教学后记科目物理年级高一班级时间年月日课题：匀速圆周运动实例分析（习题课）教知识学能目力品标德1、进一步掌握匀速圆周运动的有关知识，知道向心力和向心加速度的公式也适用于变速圆周运动2、会求变速圆周运动中，物体在特殊点的向心力和向心加速度。3、会在具体问题中分析向心力的来源，熟练应用匀速圆周运动的有关公式分析和计算有关问题。教重材点分难析点重点：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；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。难点：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板书设计示意框图时序教学过程设计（重点写怎么教及学法指导，含课练，作业安排）（一）引入上节课我们学习了匀速圆周运动的实例分析，要学会应用匀速圆周运动的有关公式分析和计算有关问题，学习解决实际问题的方法。下面我们通过习题课加深对上节课知识的理解和应用。（二）复习提问1.举出几个在日常生活中遇到的物体做圆周运动的实例。2.火车转弯处，外轨略高于内轨，试用圆周运动的有关知识，说明这样设计的优点是什么？并画出受力分析图。3、应用向心力公式解题的一般步骤：（1）明确研究对象：解题时要明确所研究的是哪一个做圆周运动的物体。（2）确定物体做圆周运动的轨道平面，并找出圆心和半径。（3）确定研究对象在某个位置所处的状态，分析物体的受力情况，判断哪些力提供向心力.这是解题的关键。（4）根据向心力公式列方程求解。（三）例题精讲图1【例题1】如图1所示，汽车质量为×104kg，以不变的速率先后驶过凹形桥面和凸形桥面，桥面圆弧半径为15ｍ，如果桥面承受的最大压力不得超过×105N，汽车允许的最大速率是多少?汽车以此速率驶过桥面的最小压力是多少?（ｇ＝10m图1图2解析：首先要确定汽车在何位置时对桥面的压力最大，汽车经过凹形桥面时，向心加速度方向向上，汽车处于超重状态；经过凸形桥面时，向心加速度方向向下，汽车处于失重状态，所以当汽车经过凹形桥面的最低点时如图2，汽车对桥面的压力最大，汽车经过凸桥顶点时对桥面的压力最小。图2小结：公式F=mv2/r是牛顿第二定律在圆周运动中的应用，向心力就是做匀速圆周运动的物体所受的合外力.因此，牛顿定律导出的一些规律（如超重、失重等）在本章仍适用.【例题2】绳系着装有水的水桶，在竖直平面内做圆周运动，水的质量m＝kg，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v＝3m/s时，水对桶底的压力?小结：抓住临界状态，找出临界条件是解这类极值问题的关键.思考：若本题中将绳换成轻杆，将桶换成球，上面所求的临界速率还适用吗?（四）课堂练习1.质量为m的小球用细线悬于O点，可在竖直平面内做圆周运动，到达最高点时的速度（l为细线长），则此时细线的张力为_____，若到达最高点时的速度时，细线的张力为_____2、铁路转弯处的圆弧半径是R，内侧和外侧的高度差为h，L是两轨间距离，当列车的转弯速率大于_____时，外侧铁轨与轮缘间发生挤压。3、质量为m的滑块滑到圆弧轨道的最低点时速度大小为v，已知圆弧轨道的半径是R，则滑块在圆弧轨道最低点时对轨道的压力是_____.4、半径为R的圆筒A，绕其竖直中心轴匀速转动，其内壁上有一质量为m的物体B，B一边随A转动，一边以竖直的加速度a下滑，AB间的动摩擦因数为μ，A转动的角速度大小为_____.5、在水平面上转弯的汽车，向心力是 A．重力与支持力的合力B．静摩擦力C．滑动摩擦力