高中物理-生活中的圆周运动教学设计学情分析教材分析课后反思

课标分析课程标准对本节课的要求为能理解和应用匀速圆周运动的向心力，分析生活和生产中的离心现象；2015年考试说明中，匀速圆周运动的向心力为Ⅱ级要求，离心现象为Ⅰ级要求。学情分析本章是人教版高中物理必修二第七章，前四章学生已经学习了运动学及力学的基础知识，并对直线运动规律有了一定的了解；通过学习牛顿运动定律，对运动和力的联系也有了一定了解；学习本章前七节的知识之后，学生该是对曲线运动规律有了大体把握，并能基本理解圆周运动中向心力及向心加速度这些抽象概念。这节课我们将从物理学角度来分析生活中的圆周运动，因为本节具体实例比较多，该是很容易引起学生的兴趣，教师加以指导点拨，较易达到所设定教学目标。学生之前接触向心力这个概念比较少，对其为效果力而非性质力把握不到位，本节应重点强调该知识点。实例很多，但规律的总结必须突出，由以往经验可知，圆周运动的研究中向心力来源问题直到高三也有部分学生分析不好，借本节机会，应强化规律所在，以便能为以后做综合类题目打下好的基础。评测练习1．关于铁路转弯处内外轨道间有高度差，下列说法正确的是()A．可以使列车顺利转弯，减小车轮与铁轨间的侧向挤压B．因为列车转弯时要受到离心力的作用，故一般使外轨高于内轨，以防列车翻倒C．因为列车转弯时有向内侧倾倒的可能，故一般使内轨高于外轨，以防列车翻倒D．以上说法都不正确2．在高速公路的拐弯处，路面造的外高内低，即当车向右拐弯时，司机左侧的路面比右侧的要高一些，路面与水平面间的夹角为θ.设拐弯路段是半径为R的圆弧，要使车速为v时车轮与路面之间的横向(即垂直于前进方向)摩擦力等于零，θ应等于()A．arcsineq\f(v2,Rg) B．arctaneq\f(v2,Rg)C.eq\f(1,2)arcsineq\f(2v2,Rg) D．arccoteq\f(v2,Rg)3．一辆卡车在丘陵地匀速行驶，地形如图5所示，b处比d处平缓，由于轮胎太旧，爆胎可能性最大的地段应是()图5A．a处 B．b处 C．c处 D．d处4．洗衣机的脱水筒在工作时，有一衣物附着在竖直的筒壁上，则此时()A．衣物受重力、筒壁弹力和摩擦力作用B．衣物随筒壁做圆周运动的向心力由摩擦力提供C．筒壁的弹力随筒转速的增大而增大D．筒壁对衣物的摩擦力随筒转速的增大而增大5．铁路转弯处的弯道半径r主要是根据地形决定的．弯道处要求外轨比内轨高，其内外轨高度差h的设计不仅与r有关，还与火车在弯道上的行驶速率v有关．下列说法正确的是()A．v一定时，r越小则要求h越大B．v一定时，r越大则要求h越大C．r一定时，v越大则要求h越大D．r一定时，v越小则要求h越大6．冰面对溜冰运动员的最大静摩擦力为运动员重力的k倍，在水平冰面上沿半径为R的圆周滑行的运动员，其安全速度为()A．v＝keq\r(Rg) B．v≤eq\r(kRg)C．v≤eq\r(2kRg) D．v≤eq\r(\f(Rg,k))7．用细绳拴着质量为m的物体，在竖直平面内做圆周运动，则下列说法正确的是()A．小球过最高点时，绳子张力可以为零B．小球过最高点时的最小速度是零C．小球过最高点时的速度v≥eq\r(gr)D．小球过最高点时，绳子对小球的作用力可以与球所受重力方向相反8．有一种大型游戏器械，它是一个圆筒形大容器，筒壁竖直，游客进入容器后靠筒壁站立．当圆筒开始转动，转速加快到一定程度时，突然地板塌落，游客发现自己没有落下去，这是为什么()A．游客受到的筒壁的弹力垂直于筒壁B．游客处于失重状态C．游客受到的摩擦力等于重力D．游客随着转速的增大有沿壁向上滑动的趋势9．如图6所示，图6汽车车厢顶部悬挂一轻质弹簧，弹簧拴一个质量为m的小球．当汽车在水平面上匀速行驶时弹簧长度为L1，当汽车以同一速度通过一个桥面为弧形的凸形桥的最高点时弹簧长度为L2，下列说法中正确的是()A．L1＝L2B．L1>L2C．L1<L2D．前三种情况均有可能题号123456789答案10.一辆质量为4t的汽车驶过一半径为50m的凸形桥面时，始终保持5m/s的速率，汽车所受的阻力为车对桥面压力的0.05倍．求通过桥的最高点时汽车的牵引力是多大？(g取10m/s2)教材分析本节内容是人教版高中必修2第五章《曲线运动》的第7节内容，在此之前，学生已经初步认识了匀速圆周运动，会用线速度、角速度、周期、描述匀速圆周运动的快慢。而通过第5节向心加速度和第6节向心力内容的学习，学生已经知道了向心力的大小与质量、角速度、半径的定量关系。本节课立足于匀速圆周运动基本规律，结合实际生活中两个实例“火车转弯”和“汽车过拱桥”进行分析。解决有关圆周运动问题重要的是搞清楚向心力的来源，明确提出向心力是按效果命名的力，任何一个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，这是研究圆周运动的关键。教材后面又介绍了航天器中的失重现象及其实质以开拓学生的思维。要求学生知道离心运动及其产生条件，了解离心运动的应用和防止，进一步领会力与物体的惯性对物体运动状态变化所起的作用。教学设计一、学习目标1．知识与技能（1）会在具体问题中分析向心力的来源，明确向心力是按效果命名的力．

（2）掌握应用牛顿运动定律解决匀速圆周运动问题的一般方法，会处理水平面、竖直面的问题．（3）知道向心力、向心加速度的公式也适用于变速圆周运动，理解其使用方法．2．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，理解物理与生活的联系，提高学生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．

3．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，学会用合理、科学的方法处理问题．

．（2）．通过离心运动的应用和防止的实例分析．使学生明白事物都是一分为二的，要学会用一分为二的观点来看待问题．（3）．养成良好的思维表述习惯和科学的价值观．（4）激发学生学习兴趣，培养学生关心周围事物的习惯．二、学习对象分析本节课是在学生已经基本掌握匀速圆周运动规律和描述圆周运动的基本物理量（线速度，角速度，向心力和向心加速度）以及有关公式推导与计算之后，安排的一节实例分析课。在课堂中采用实验演示，多媒体，电脑动画模拟等辅助手段，帮助学生建立形象直观的认识，降低难度。三、学习重、难点

1．学习重点（1）理解向心力是按效果命名的力．（2）会在具体问题中分析向心力，综合运用牛顿定律分析解决问题．

2．学习难点：实际问题中向心力的来源的分析.四、教学设计思想为了在教学中体现科学探究精神，尽可能完整的经历科学探究过程，使学生通过体验感受战胜困难，解决物理问题的喜悦，体验到学习科学的乐趣，了解科学的方法，获取科学知识，本节教学把课本中的内容以问题的形式提出，通过学生探究式的大胆猜想，再通过科学的分析，将物理理论应用生活实际之中。五、教具准备展示在平直轨道上匀速行驶的火车；图片展示火车车轮有凸出的轮缘结构；实物模型模拟在平面弯曲轨道上火车转弯的情景；六、学习思路设计本课的学习设计，是在现行教材的基础上，结合对《高中物理课程标准》的学习理解，在学习目标的确立，学习内容的调整，教法、学法的设计等方面作了一些积极地探索。（一）课程目标的确立：在原有目标的基础上，更注重课程学习与学生长远发展关系的处理，重点突出了学生学习知识后的能力和情感的培养，使学生能初步了解运用书中理论解决实际问题的方法。（一）教法设计（1）科学探究法

本节教学中一改传统的平铺直述模式，把课本中的内容以问题的形式提出，通过学生探究式的大胆猜想，再通过科学的分析，将物理理论应用生活实际之中。这样，使学生通过体验感受战胜困难，解决物理问题的喜悦，体验到学习科学的乐趣，了解科学的方法，获取科学知识，（2）联系生产生活创设情境

根据学生的生活经验，创设接近学生生活实际的实例引发问题。在讲关于“火车转弯”问题时，课前布置学生到学校运动场进行对“跑道”的实地研究。当了解到弯道处是外高内低向内成一个倾斜的角度之后，让学生体验一下在平面内快速转弯与有斜面上快速转弯的感觉，再运用物理学知识进行解释，最后回到课堂中的“火车转弯”问题上来，问题的情景就变得直观形象，就能较好的解决教学中的难点问题（二）学法设计新课改中特别强调学习中学生的主体地位。在本节课的学习中，学生应积极主动地参与，课堂讨论分析时踊跃发言，做模拟实验时认真操作，大胆尝试，要将自己置身于真实的物理情景中去，尽可能完整的经历科学探究过程，通过体验感受战胜困难，解决物理问题的喜悦，体验到学习科学的乐趣，了解科学的方法，获取科学知识。新课引入匀速圆周运动被认为是实际中最完美最和谐的一种运动形式。古希腊哲学家柏拉图(Plato，公元前427年—公元前347年)提出：“天上星体代表着永恒的、神圣的、不变的存在，因此它们肯定沿着最完美的轨道以最完善的方式运动。最完善的运动是匀速圆周运动，因此，它们一定是围绕着地球作匀速圆周运动。”由此可见，古人对匀速圆周运动充满了神秘感。那么，是什么神秘的力量操纵着物体，使它做这种最完美最和谐的运动呢？今天，我们就一起揭秘生活中的两种圆周运动---“火车转弯”和“汽车过拱桥”。1

复习提问：在下列例子中，匀速圆周运动的物体受到向心力．向心力是怎样产生的？（1）绳拉物体在光滑水平面上做匀速圆周运动．（2）物体随水平圆盘做匀速周围运动．（3）圆锥摆运动．小结：向心力是由物体实际受到的一个力或几个力的合力提供的；向心力是按作用效果命名的力．它并不是一种新性质的力，受力分析时绝不能额外加上一个向心力。下面，我们从分析向心力角度进一步研究两个实例：

（一）火车转弯课件展示图片：在平直轨道上匀速行驶的火车。教师提问：火车受到几个力的作用，这几个力间的关系如何？学生观察火车运动情况，画出受力示意图，并讨论回答：（1）此时火车车轮受三个力：重力、支持力、牵引力和摩擦力（2）四个力的合力为零，其中重力和支持力、牵引力和摩擦力分别都是一对平衡力。那火车转弯时的情况又如何呢？提出问题并引导学生讨论：1、火车匀速直线运动和匀速转弯是否同种状态？[学生回答]：不是，火车匀速直线运动时合外力为零，火车匀速转变时受向心力，合外力不为零2、火车转弯时所需的向心力是如何产生的？引导学生讨论：分两种情况讨论：内外轨一样高；外轨比内轨高．（1）

内外轨一样高图片展示火车车轮有凸出的轮缘结构；实物模型模拟在平面弯曲轨道上火车转弯的情景；师生互动当火车转弯时，火车做曲线运动，所受合外力不为零，合外力提供火车转弯所需的向心力；由受力分析得：此时提供火车转弯时所需向心力的是铁轨外缘和轮缘相互挤压产生的弹力。进一步引导学生思考：挤压的结果会如何？学生讨论:由于火车质量很大，行驶的速度很高，故所需向心力通常很大，这样，导致铁轨外缘和轮缘间的相互作用力很大，容易造成铁轨和轮缘的损坏，甚至导致严重的后果。教师总结：由于平面转弯轨道铁轨和轮缘容易损坏，因此实际应用中多采用下面的弯道，其外轨略高于内轨。

（2）外轨高于内轨当外轨比内轨高时，铁轨对火车的支持力不再是竖直向上，和重力的合力可以提供向心力，可以减轻轨和轮缘的挤压．最佳情况是向心力恰好由支持力和重力的合力提供，铁轨的内、外轨均不受到侧向挤压的力．定量分析火车转弯的最佳情况．①受力分析：如图所示火车受到的支持力和重力的合力的水平指向圆心，成为使火车转弯的向心力．②动力学方程：根据牛顿第二定律得mgtanθ＝mv02/r其中r是转弯处轨道的半径，

是使内外轨均不受力的最佳速度．③分析结论：解上述方程可知v02＝rgtanθ可见，最佳情况是由v0、r、θ共同决定的．当火车实际速度为v时，可有三种可能，当v＝v0时，内外轨均不受侧向挤压的力；当v＞v0时，外轨受到侧向挤压的力（这时向心力增大，外轨提供一部分力）；当v＜v0时，内轨受到侧向挤压的力（这时向心力减少，内轨提供一部分力）．（4）还有哪些实例和这一模型相同？自行车转弯，高速公路上汽车转弯等等．教师总结：我们讨论的火车转弯问题，实质是物体在水平面的匀速圆周运动，从力的角度看其特点是；合外力的方向一定在水平方向上，由于重力方向在竖直方向，因此物体除了重力外，至少再受到一个力，才有可能使物体产生在水平面匀速圆周运动的向心力．探索情景: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。（二）汽车过拱桥视频展示汽车过凸形拱桥的物理情景提问讨论：（1）汽车静止在桥顶与通过桥顶是否同种状态？不是，汽车静止在桥顶、或通过桥顶，虽然都受到重力和支持力．但前者这两个力的合力为零，后者合力不为零．（2）汽车过拱桥桥顶的向心力如何产生？方向如何？汽车在桥顶受到重力和支持力，如图所示，向心力由二者的合力提供，方向竖直向下．①动力学方程：由牛顿第二定律得G－N＝mv2/r解得N＝G－mv2/r

②汽车处于失重状态汽车具有竖直向下的加速度，N＜mg，对桥的压力小于重力．这也是为什么桥一般做成拱形的原因．③汽车在桥顶运动的最大速度为根据动力学方程可知，当汽车行驶速度越大，汽车和桥面的压力越小，当汽车的速度为

时，压力为零，这是汽车保持在桥顶运动的最大速度，超过这个速度，汽车将飞出桥顶（做平抛运动）．思考与讨论：根据上面分析汽车通过凸形桥的思路，分析一下汽车通过凹形桥最低点时对桥的压力。这时的压力比汽车的重量大还是小？（三）、航天器中的失重现象

从刚才研究的一道例题可以看出，当汽车通过拱形桥凸形桥面顶点时，如果车速达到一定大小，则可使汽车对桥面的压力为零．如果我们把地球想象为特大的“拱形桥”，则情形如何呢?会不会出现这样的情况；速度达到一定程度时，地面对车的支持力是零?这时驾驶员与座椅之间的压力是多少?驾驶员躯体各部分之间的压力是多少?他这时可能有什么感觉?

学生独立分析以上提出的问题，并在练习本上画出受力分析图，尝试解答．

投影学生推导过程，引导学生间交流、讨论．引出问题：这种情景其实已经实现，不过不是在汽车上，而是在航天飞机中．

投影；假设宇宙飞船质量为M，它在地球表面附近绕地球傲匀速圆周运动，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上的重力．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?生：通过整体法对宇宙飞船受力分析，并运用牛顿第二定律可解得：宇宙飞船的速度为

，再对宇航员进行分析可得．此时座椅对宇航员的支持力为零．即航天员处于失重状态．

教师投影部分学生的推导过程，听取学生见解，并点评、总结．指出上面的分析仅仅是针对圆轨道而言的．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．通过实例分析，让学生了解到航天器中的失重现象．学习知识的同时激发学习物理学的兴趣．

四、离心运动

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?由学生发表见解见解并说明原因．总结出如果向心力突然消失，物体由于惯性，会沿切线方向飞出去．如果物体受的合力不足以提供向心力，物体虽不能沿切线方向飞出去．但会逐渐远离圆心．这两种运动都叫做离心运动．

投影一些生活中的离心现象：棉花糖，洗衣机脱水，汽车转弯

[小结]

师：请同学们根据自己对本节内容的理解，在笔记本上将本节课的主要内容进行总结．

学生认真总结概括本节内容，并把自己对这节课的体会写下来．

生：我认为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，搞清谁来提供物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．

投影部分学生的小结，所有同学比较投影出的小结和自己的小结，看谁的更好，好在什么地方．

点评：总结课堂内容，培养学生概括总结能力．教师要放开．让学生自己总结所学内容，允许内容的顺序不同，从而构建他们自己的知识框架．板书设计

7．生活中的圆周运动

一、铁路的弯道

1．讨论向心力的来源：

2．外轨高于内轨时重力与支持力的合力是使火车转弯的向心力3．讨论：为什么转弯处的半径和火车运行速度有条件限铡?二、拱形桥1．思考：汽车过拱形桥时，对桥面的压力与重力谁大?2．圆周运动中的超重。失重情况．三、航天器中的失重现象四、离心运动1．离心现象的分析与讨论．2．离心运动的应用和防止．效果分析《生活中的圆周运动》是《曲线运动》的最后一节，在第一课时的教学中，主要分析了火车过弯道，汽车过拱形桥这两个案例，通过对这两个案例的分析，使学生深入理解圆周运动的规律，并结合日常生活中的某些生活体验，加深物理知识在头脑中的印象。本节课基本达到了学习目标。在知识和能力方面：学生基本学会了分析常见圆周运动向心力的来源，掌握了向心力公式的运用；在过程和方法方面：通过合作探究，注意提高学生的团队意识，提高了学生综合应用知识解决问题的能力；在情感态度与价值观方面：激发学生的学习兴趣，注意培养学生理论解决问题的能力。授完圆周运动的案例分析，通过课后与学生交谈和自己的思考，现将本节课教学反思总结如下：本节课的做的较好的方面有：第一：引入新课自然流畅，在复习了向心力、向心加速度等知识以后，让学生进一步巩固匀速圆周运动物体力与运动的关系：做匀速圆周运动的物体一定有向心力，这时，列举一些做匀速圆周运动物体的案例：火车翻车，汽车弯道、过山车(最高点)等。这些做圆周运动物体的向心力是什么力，它的大小跟描述圆周运动量之间有怎样的关系呢?利用问题带领学生进入新课学习。这样引入新课能够激发学生的学习兴趣，引入流畅自然。第二：引导学生思考,拓展知识时，启发式教学应用恰当。本课在引入新课后对圆周运动的向心力从供求两个方面分析，圆周运动需要向心力，需要的向心力由物体受到的合外力提供；圆周运动是由每一段小的圆弧形的运动所组成的，每一段小的圆弧的运动可以近似的看成是圆周运动的一部分，引导学生思考并拓展出新知识。为分析火车转弯时对轨道的侧压力和汽车过拱形桥的中的失重和超重问题做知识准备。在突破难点时分解知识难度,使学生更容易接受。第三：重点突出难点突破方法得当：在火车转弯这个重点加难点问题上，先研究火车转弯的向心力(给出火车转弯处内外轨示意图)和力与运动的关系，然后提出铁路提速在转弯处会产生什么影响?(给出火车转弯处铁轨和轮缘示意图)引导学生运用拓展知识思考解决该问题。为了适应铁路提速，如果调整转弯处，可以采取那些措施?。对汽车过拱形桥的问题，首先让学生分别讨论分析过凸形桥时所需的向心力的方向和受力，再通过所需向心力由合力提供分析桥对汽车的支持力与汽车自身重量的关系。让学生自主分析汽车过凹形桥时对桥的压力，进一步加强学生对知识的理解和应用能力。在教学中运用利用实例类比、理论分析、借助图形等方法从浅入深,从易到难,层层分解来突破难点。第四：考虑到学生的主体地位，教学中设计了一些简单的，旨在提高学生的学习兴趣的问题，如：观察高速路弯道内外侧高度有什么不同，火车在什么时候容易翻车等问题。也设计了一些需要思考，团体讨论的问题，如：火车如果在水平的弯道上行驶的时候，由什么来提供向心力；如果让外侧比内侧高，能否让重力和支持力的合力来提供向心力，如果可以，对这样的弯道上，火车的速度要怎么规定最合理等问题。让最先讨论出答案的小组来讲解，其他小组可以提问，补充，提高了学生的积极性。本节课教学不足有：第一：学生参与不足。首先，虽然考虑到学生的主体作用，但在讨论的过程中，优生占据了主要作用，对学困生的关注不够，学困生的学习积极性不高，通过作业反馈的信息了解到许多学生对这节知识的掌握并不理想。这说明他们学的很被动,并没有参与到教学中来。课堂的教学目的,是让学生成为知识的拥有者。他们只有在参与中获取知识，发展知识，只有让所有学生参与到教学中才能更好的体现学生的主体作用。第二：在教学的过程中对解题的规范要求的不够。在课堂上，学生能够板书的就让学生板书，对学生做的不完整的地方，做了补充后，板书不够规范，有点凌乱。在解题完成后没有强调解题严谨，规范在解决物理问题中的重要性。第三：在教具的准备上不够完善，虽然图片资料比较丰富，但音频材料少，学生能够动手操作的实物材料更是不足。通过对本节课的教学后反思,我从中得到如下启示:第一：学生是学习的主体，一定要让学生真正成为课堂的主体。在今后的教学中,引导学生积极参与教学,让他们多动手多动脑多开口成为课堂的主体。学生能分析的，让学生分析，学生能总结的，让学生总