人教版物理高中必修二5.7《生活中的圓周運動》教案

生活中的圓周運動教案一、教學目標（一）知識與技能 1、知道如果一個力或幾個力的合力的效果是使物體產(chǎn)生向心加速度，它就是圓周運動的物體所受的向心力。會在具體問題中分析向心力的來源。 2、能理解運用勻速圓周運動的規(guī)律分析和處理生產(chǎn)和生活中的具體實例。 3、知道向心力和向心加速度的公式也適用于變速圓周運動，會求變速圓周運動中物體在特殊點的向心力和向心加速度。（二）過程與方法 1、通過對勻速圓周運動的實例分析，滲透理論聯(lián)系實際的觀點，提高學生分析和解決問題的能力。 2、通過勻速圓周運動的規(guī)律也可以在變速圓周運動中使用，滲透特殊性和一般性之間的辯證關系，提高學生的分析能力。 3、通過對離心現(xiàn)象的實例分析，提高學生綜合應用知識解決問題的能力。（三）情感態(tài)度與價值觀1、通過對幾個實例的分析，使學生明確具體問題必須具體分析，理解物理與生活的聯(lián)系，學會用合理、科學的方法處理問題。 。 2、通過離心運動的應用和防止的實例分析。使學生明白事物都是一分為二的，要學會用一分為二的觀點來看待問題。3、養(yǎng)成良好的思維表述習慣和科學的價值觀。二、教學重點1、理解向心力是一種效果力。2、在具體問題中能找到是誰提供向心力的，并結(jié)合牛頓運動定律求解有關問題。三、教學難點1、具體問題中向心力的來源。2、關于對臨界問題的討論和分析。3、對變速圓周運動的理解和處理。四、課時安排1課時五、教學準備多媒體課件、粉筆、圖片。六、教學過程新課導入：師：請同學們回顧并敘述出對于圓周運動你已經(jīng)理解和掌握了哪些基本知識 生：我已經(jīng)理解和掌握了可以用線速度、角速度、轉(zhuǎn)速和周期等來描述做圓周運動物體的運動快慢；知道了圓周運動一定是變速運動，一定具有加速度；掌握了對于圓周運動的有關問題還必須通過運用牛頓第二定律去認真分析和處理。 生：從勻速u圓周運動中總結(jié)出來的基本規(guī)律，通過運用等效的物理思想也可以去處理變速圓周運動的有關問題。 師：剛才幾位同學各自從不同的角度回顧和交流了對圓周運動有關基本知識和基本規(guī)律的認識。而我們知道學以致用是學習的最終目的，本節(jié)課將通過幾個具體實例的探討來深入理解相關知識點并學會應用。 新課講解：一、鐵路的彎道 師：(多媒體課件)模擬在平直軌道上勻速行駛的火車，提出問題： 1、火車受幾個力作用? 2、這幾個力的關系如何? 生：火車受到4個力的作用，各為兩對平衡力，即合外力為零。 師：對，火車受重力、支持力、牽引力及摩擦力。且四個力合力為零，其中重力和支持力的合力為零，牽引力和摩擦力的合力為零。 師：過渡；那火車轉(zhuǎn)彎時情況會有何不同呢? 多媒體課件：模擬平直軌道火車轉(zhuǎn)彎情形。提出問題： 1、轉(zhuǎn)彎與直進有何不同? 2、畫出受力示意圖，并結(jié)合運動情況分析各力的關系。 生：轉(zhuǎn)彎時火車的速度方向在不斷變化，故其一定有加速度，其合外力一定不為零。 師：對，轉(zhuǎn)彎時合外力不為零，即需要提供向心力，而平直路前行不需要。那么火車轉(zhuǎn)彎時是如何獲得向心力的?進一步受力分析得：需增加的一個向心力(效果力)，由鐵軌外軌的輪緣和鐵軌之間互相擠壓而產(chǎn)生的彈力提供。 師：提出問題：擠壓的后果會怎樣? 生：由于火車質(zhì)量、速度比較大，故所需向心力也很大。這樣的話，輪緣和鐵軌之間的擠壓作用力將很大，導致的后果是鐵軌容易損壞，軌緣也容易損壞。 師：(設疑引申)那么應該如何解決這一實際問題?結(jié)合學過的知識加以討論，提出可行的解決方案，并畫出受力圖，加以定性說明。 交流與討論 學生發(fā)揮自己的想象能力，結(jié)合知識點設計方案。結(jié)合受力圖發(fā)表自己的見解 師：剛才同學們交流和討論得非常熱烈、充分，方案設計得也很好，下面我們擇其一的示意圖來共同分析、說明。 火車受的重力和支持力的合力提供向心力，對內(nèi)外軌都無擠壓，這樣就達到了保護鐵軌的目的。強調(diào)說明：向心力是水平的。 師：請同學們運用剛才的分析進一步討論：實際的鐵路上為什么轉(zhuǎn)彎處的半徑和火車運行速度有條件限制? 二、拱形橋 播放錄像，交通工具(自行車、汽車等)過拱形橋。 投影問題情境：質(zhì)量為m的汽車在拱形橋上以速度t行駛，若橋面的圓弧半徑為只，試畫出受力分析圖，分析汽車通過橋的最高點時對橋的壓力。 師：通過分析，你可以得出什么結(jié)論? 學生在練習本上獨立畫出汽車的受力圖，推導出汽車對橋面的壓力。學生代表發(fā)言。 投影學生推導過程，聽取學生見解，點評、總結(jié)。 生：在最高點，對汽車進行受力分析，確定向心力的來源；由牛頓第二定律列出方程求出汽車受到的支持力：由牛頓第三定律求出橋面受到的壓力。FN=Gmv2/r 可見，汽車對橋的壓力FN小于汽車的重力G，并且壓力隨汽車速度的增大而減小。 師：請同學們進一步考慮當汽車對橋的壓力剛好減為零時，汽車的速度有多大。當汽車的速度大于這個速度時，會發(fā)生什么現(xiàn)象?生：把 FN=0代人上式可得，此時汽車的速度為，當汽車的速度大于這個速度時，就會發(fā)生汽車飛出去的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象我們在電影里看到過。 師：好，下面再一起共同分析汽車通過凹形橋最低點時，汽車對橋的壓力比汽車的重力大些還是小些。 生：通過對汽車進行受力分析。汽車通過凹形橋最低點時，汽車對橋的壓力比汽車的重力大。 師：剛才同學們分析了汽車在拱形橋最高點的情形，如果汽車不在拱形橋的最高點或最低點，前面的結(jié)論還是否能用?如果不能直接運用，又如何來研究這一問題呢? 生：前面的結(jié)論能直接運用，不過此時物體的向心加速度不等于物體的實際加速度，即要用上一節(jié)研究變速圓周運動的方法來處理。 師：好。這說明我們很多同學分析和處理物理問題的能力有了較大的提高，希望同學們繼續(xù)努力，爭取有更大進步。 點評：通過對勻速圓周運動的實例分析，滲透理論聯(lián)系實際的觀點，提高學生分析和解決問題的能力。三、航天器中的失重現(xiàn)象 師：從剛才研究的一道例題可以看出，當汽車通過拱形橋凸形橋面頂點時，如果車速達到一定大小，則可使汽車對橋面的壓力為零。如果我們把地球想象為特大的“拱形橋”，則情形如何呢?會不會出現(xiàn)這樣的情況；速度達到一定程度時，地面對車的支持力是零?這時駕駛員與座椅之間的壓力是多少?駕駛員軀體各部分之間的壓力是多少?他這時可能有什么感覺? 學生獨立分析以上提出的問題，并在練習本上畫出受力分析圖，嘗試解答。 投影學生推導過程，引導學生間交流、討論。 投影；假設宇宙飛船質(zhì)量為M，它在地球表面附近繞地球傲勻逮圓周運動，其軌道半徑近似等于地球半徑R，航天員質(zhì)量為m，宇宙飛船和航天員受到的地球引力近似等于他們在地面上的重力。試求座艙對宇航員的支持力。此時飛船的速度多大?通過求解。你可以得出什么結(jié)論? 生：通過整體法對宇宙飛船受力分析，并運用牛頓第二定律可解得：宇宙飛船的速度為，再對宇航員進行分析可得。此時座椅對宇航員的支持力為零。即航天員處于失重狀態(tài)。 教師投影部分學生的推導過程，聽取學生見解，并點評、總結(jié)。指出上面的分析僅僅是針對圓軌道而言的。其實在任何關閉了發(fā)動機又不受阻力的飛行器中，都是一個完全失重的環(huán)境。 四、離心運動 師：做圓周運動的物體一旦失去向心力的作用，它會怎樣運動呢?如果物體受的合力不足以提供向心力，它會怎樣運動呢?發(fā)表你的見解并說明原因。 生：我認為做圓周運動的物體一旦失去向心力的作用，它會沿切線飛出去，如體育中的“鏈球”運動，運動員手一放后，“鏈球”馬上飛了出去。 生：如果物體受的合力不足以提供向心力，它會做逐漸遠離圓心的運動。如：在電影中經(jīng)常看到，速度極快的汽車在急速轉(zhuǎn)彎時。會有向外側(cè)滑寓的現(xiàn)象。 師：(聽取學生代表的發(fā)育，點評、總結(jié))如果向心力突然消失，物體由于慣性，會沿切線方向飛出去。如果物體受的合力不足以提供向心力，物體雖不能沿切線方向飛出去。但會逐漸遠離圓心。這兩種運動都叫