生活中的圓周運(yùn)動教學(xué)案例.doc

生活中的圓周運(yùn)動教學(xué)案例高密市實(shí)驗中學(xué) 付志英一、教案背景：1、中學(xué)物理2、一課時二、教學(xué)課題：生活中的圓周運(yùn)動三、教材分析：生活中的圓周運(yùn)動是圓周運(yùn)動的應(yīng)用課，內(nèi)容豐富。教材中的每個例子的選擇都各有特點(diǎn)，很有代表性：鐵路的彎道用來分析水平面上的勻速圓周運(yùn)動；拱形橋和凹形橋用來分析豎直面上的非勻速圓周運(yùn)動；航天器中的失重現(xiàn)象研究失重問題；離心運(yùn)動則研究向心力不足時物體的運(yùn)動趨勢。四、通過該課學(xué)習(xí)，能夠完成以下目標(biāo)：情感目標(biāo)：1、培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用實(shí)踐能力和思維創(chuàng)新意識。2、運(yùn)用生活中的幾個事例，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、求知欲和探索動機(jī)。3、建立具體問題具體分析的科學(xué)觀念。能力目標(biāo)：1、通過對勻速圓周運(yùn)動的實(shí)例分析，滲透理論聯(lián)系實(shí)際的觀點(diǎn)，提高學(xué)生的分析和解決問題的能力。2、通過勻速圓周運(yùn)動的規(guī)律也可以在變圓周運(yùn)動中使用，滲透特殊性和一般性之間的辯證關(guān)系，提高學(xué)生的分析能力。3、通過對離心現(xiàn)象的實(shí)例分析，提高學(xué)生綜合應(yīng)用知識解決問題的能力。知識目標(biāo)：1、能定性分析火車外軌比內(nèi)軌高的原因。 2、能定量分析汽車過拱形橋最高點(diǎn)和凹形橋最低點(diǎn)的壓力問題。 3、知道航天器中的失重現(xiàn)象的本質(zhì). 4、知道離心運(yùn)動及其產(chǎn)生的條件,了解離心運(yùn)動的應(yīng)用和防止。五、教學(xué)重點(diǎn)：1、理解向心力是一種效果力。 2、在具體問題中能找到向心力，并結(jié)合牛頓運(yùn)動定律求解有關(guān)問題。六、教學(xué)難點(diǎn)：1、具體問題中向心力的來源。2、關(guān)于對臨界問題的討論和分析。七、教學(xué)活動：【教學(xué)媒體】1.教室電腦多媒體系統(tǒng)。2. PowerPoint課件、Flash動畫?！窘虒W(xué)方法】閱讀思考、猜想假設(shè)、分析推理、事實(shí)驗證、歸納總結(jié)、討論交流、練習(xí)鞏固等?！窘虒W(xué)過程】一、導(dǎo)入新課 情境引入賽車在經(jīng)過彎道時都會減速，如果不減速賽車就會側(cè)滑，從而引發(fā)事故，大家思考一下，我們?nèi)绾尾拍苁官愜囋趶澋郎喜挥脺p速通過？課件展示自行車賽中自行車在通過彎道時的情境。根據(jù)展示可以看出自行車在通過彎道時都是向內(nèi)側(cè)傾斜，這樣的目的是什么？賽場有什么特點(diǎn)？學(xué)生討論-自行車傾斜以及彎道外高內(nèi)低都是使支持力不再豎直向上，與重力的和力提供向心力。 同學(xué)們考慮，火車在轉(zhuǎn)彎時也不減速，那么我們?nèi)绾蝸肀ＷC火車的安全呢？復(fù)習(xí)引入(學(xué)生回答)1、 向心力加速度公式：2、 向心力公式：二、新課教學(xué)探究一：水平面內(nèi)的圓周運(yùn)動-鐵路的轉(zhuǎn)彎教師：火車轉(zhuǎn)彎時所需的向心力，是由什么力提供的？ 課件展示觀察鐵軌和火車車輪的形狀.學(xué)生討論：當(dāng)內(nèi)外軌一樣高時， 火車受的重力和鐵軌對火車豎直向上的支持力平衡，向心力由外軌對輪緣的水平彈力提供，這種情況下鐵軌容易損壞，輪緣也容易損壞。教師：請同學(xué)們完成下列題目：例題1、火車速度為30m/s，彎道的半徑R=900m，火車的質(zhì)量m=8105kg，轉(zhuǎn)彎時輪緣對軌道側(cè)向的彈力多大？學(xué)生完成，教師評價，彈力大小為800000牛頓教師：我們同學(xué)的平均體重是500牛頓，這么大的彈力相當(dāng)于多少個同學(xué)的體重？學(xué)生：-教師：那么，這么大的彈力頻繁的作用在火車車輪和路軌上，是不是安全的？如何解決這個問題呢？同學(xué)們可以聯(lián)系一下賽車轉(zhuǎn)彎。學(xué)生：小組合作討論，給出方法-教師：當(dāng)外軌比內(nèi)軌高時，鐵軌對火車的支持力不再是豎直向上的，重力和支持力的合力可以提供向心力，可以減輕鐵軌和輪緣的側(cè)向擠壓，最佳情況是向心力恰好由重力和支持力的合力提供，鐵軌的內(nèi)、外軌均不受到側(cè)向擠壓的力。請同學(xué)完成下列題目：例題2、 若火車質(zhì)量為m，轉(zhuǎn)彎半徑為r，要求軌道對輪緣無擠壓作用，此時軌道傾角為 ，請問火車的速度為多大？學(xué)生：完成并相互評判正誤。教師：下面我們定量分析外軌比內(nèi)軌高時火車轉(zhuǎn)彎問題。設(shè)火車實(shí)際速度為v時，有三種可能，請同學(xué)小組合作分析各種情況下內(nèi)外軌道的受擠壓情況：當(dāng)vv0時，當(dāng)vv0時，當(dāng)vv0時，探究二：豎直平面內(nèi)的圓周運(yùn)動-拱形橋、凹形橋課件展示交通工具（自行車、汽車等）過拱形橋教師：汽車過拱形橋橋頂時的向心力，是由什么力提供的？請同學(xué)畫出受力圖，寫出關(guān)系式。，推導(dǎo)出汽車隊橋面的壓力。 學(xué)生：- 教師：由此可以看出，汽車對橋面的壓力小于汽車的重量，而且汽車的速度越大，汽車對橋的壓力越小。當(dāng)汽車的速度不斷增大時，會發(fā)生什么現(xiàn)象？學(xué)生：-教師：汽車過拱形橋最高點(diǎn)的速度為多大時，汽車對橋面無壓力？學(xué)生：-教師：汽車過凹形橋最低點(diǎn)時，汽車對橋的壓力比汽車的重量大還是小呢？學(xué)生：自主畫圖分析。教師：巡回指導(dǎo)。請同學(xué)完成例題2。例3、汽車質(zhì)量為15噸，以不變的速率v=10m/s先后駛過如圖所示的凹形橋和凸形橋，橋面圓弧半徑均為15m，汽車過凸形橋最高點(diǎn)時對橋的壓力是多少？汽車過凹形橋最低點(diǎn)時對橋的壓力是多少？學(xué)生：自主完成題目。教師：思考并討論兩個問題，（1）為什么多數(shù)橋都建成拱形橋？（2）汽車不在橋的最高點(diǎn)或最低點(diǎn)是能運(yùn)用上面的方法求解嗎？學(xué)生：-練習(xí)：質(zhì)量為25kg的小孩坐在秋千板上，小孩離系繩的橫梁2.5m。如果秋千板擺到最低點(diǎn)時，小孩運(yùn)動速度的大小是5m/s，她對秋千板的壓力是多大？探究三：航天器中的失重現(xiàn)象教師：請同學(xué)閱讀“思考與討論”分析航天器中的航天員受到那些力的作用？座椅對他的支持力是多少？學(xué)生：推導(dǎo)并得出結(jié)論-教師：航天員受到的支持力比他的重力小，處于失重狀態(tài)。其實(shí)在任何關(guān)閉了發(fā)動機(jī)，又不受阻力的飛行器中，都是一個完全失重的環(huán)境，其中所有的物體都處于完全失重狀態(tài)。探究四：離心運(yùn)動教師：做圓周運(yùn)動的物體一旦失去向心力的作用，它會怎樣運(yùn)動呢？學(xué)生：閱讀課本相關(guān)知識，回答問題。教師：生活中有哪些應(yīng)用離心運(yùn)動？哪些是預(yù)防離心運(yùn)動的？學(xué)生：回答并互相補(bǔ)充。-教師：汽車在水平公路轉(zhuǎn)彎時，速度為什么不能太大？學(xué)生：-課堂提升：教師：本節(jié)課中需要我們掌握的關(guān)鍵是：一個要從力的方面認(rèn)真分析，搞清楚誰來提供物體做圓周運(yùn)動所需要的向心力，能提供多大的心力；另一個方面從運(yùn)動的物理量本身去認(rèn)真分析，看看物體做這樣的圓周運(yùn)動究竟需要多大的向心力。如果供需雙方正好相等，則物體將做穩(wěn)定的圓周運(yùn)動；如果供大于需，則物體將偏離圓軌道，逐漸靠近圓心；如果供小于需，則物體將偏離圓軌道，逐漸遠(yuǎn)離圓心；如果外力突然變?yōu)榱?，則物體將沿切線方向做勻速直線運(yùn)動。當(dāng)堂檢測：O1、列車軌道在轉(zhuǎn)彎處外軌高于內(nèi)軌，其高度差由轉(zhuǎn)彎半徑與火車速度確定。若在某轉(zhuǎn)彎處規(guī)定行駛速度為v，則下列說法中正確的是 （ ）當(dāng)以速度v通過此彎路時，火車重力與軌道面支持力的合力提供向心力；當(dāng)以速度v通過此彎路時，火車重力、軌道面支持力和外軌對輪緣側(cè)彈向力的合力提供向心力；當(dāng)速度大于v時，輪緣側(cè)向擠壓外軌； 當(dāng)速度小于v時，輪緣側(cè)向擠壓外軌。A、 B、 C、 D、2、汽車以速度v通過一半圓形拱橋的頂點(diǎn)時，關(guān)于汽車受力的說法正確的是 （ ） A、汽車受重力、支持力、向心力 B、汽車受重力、支持力、牽引力、摩擦力、向心力 C、重力提供汽車的向心力 D、汽車的重力和支持力的合力提供向心力3、下列關(guān)于離心現(xiàn)象的說法正確的是 （ ）A、當(dāng)物體所受的離心力大于向心力時產(chǎn)生離心現(xiàn)象 B、做勻速圓周運(yùn)動的物體,當(dāng)它所受的一切力都突然消失后,物體將做背離圓心的圓周運(yùn)動C、做勻速圓周運(yùn)動的物體, 當(dāng)它所受的一切力都突然消失后,物體將沿切線做勻速直線運(yùn)動D、做勻速圓周運(yùn)動的物體, 當(dāng)它所受的一切力都突然消失后, 物體將做曲線運(yùn)動.答案：1、A 2、D 3、C板書設(shè)計一、 鐵路的彎道1 鐵軌水平：外軌對車的彈力提供向心力2 鐵軌傾斜：內(nèi)外軌無彈力時重力和支持力的合力提供向心力二、 拱形橋1、 拱形橋：2、 凹形橋：三、 航天器中的失重現(xiàn)象四、 離心運(yùn)動1、 離心現(xiàn)象的分析與討論2、 離心運(yùn)動的應(yīng)用與防止教學(xué)整體設(shè)計 圓周運(yùn)動是生活中普遍存在的一種運(yùn)動。通過生活中存在的圓周運(yùn)動，讓學(xué)生理解向心力和向心加速度的作用，知道其存在的危害及如何利用。通過對航天器中失重現(xiàn)象，讓學(xué)生理解向心力是有物體所受的合外力提供的，任何一種力都有可能提供物體的向心力。通過對離心運(yùn)動的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生知道離心現(xiàn)象，并能充分利用離心運(yùn)動且能避免離心運(yùn)動帶來的危害。本節(jié)內(nèi)容著重于知識的理解應(yīng)用