生活中的圓周運(yùn)動(dòng)

第第頁(yè)6.4生活中的圓周運(yùn)動(dòng)【教材分析】本節(jié)課是人教版物理必修二第六章的第四節(jié)，也是該章最后一節(jié)?！墩n程標(biāo)準(zhǔn)》要求學(xué)生能用牛頓第二定律分析勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力。本節(jié)課是前面所學(xué)的知識(shí)的綜合運(yùn)用。與生活聯(lián)系緊密如火車(chē)彎道，拱形橋都是常見(jiàn)的，同時(shí)也是運(yùn)用向心力解決實(shí)際問(wèn)題的一節(jié)。通過(guò)研究圓周運(yùn)動(dòng)規(guī)律在生活中的具體應(yīng)用，使學(xué)生深入理解圓周運(yùn)動(dòng)規(guī)律，并且結(jié)合日常生活中的某些生活體驗(yàn)，加深物理知識(shí)在頭腦中的印象。物理與生活相聯(lián)系，進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，讓學(xué)生獲得學(xué)習(xí)物理的興趣。【學(xué)情分析】學(xué)生在第2節(jié)已經(jīng)學(xué)習(xí)過(guò)向心力，理解做圓周運(yùn)動(dòng)的物體受到的合力指向圓心，提供向心力，具備足夠的理論知識(shí)，本節(jié)重點(diǎn)是運(yùn)用是理論知識(shí)分析生活中的圓周運(yùn)動(dòng).在生活中有大量的圓周運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象，例如游樂(lè)場(chǎng)中的旋轉(zhuǎn)木馬，過(guò)山車(chē)等.學(xué)生所了解的這些現(xiàn)象，豐富的體驗(yàn)是很好的教學(xué)資源，讓學(xué)生建構(gòu)起物理模型，用所學(xué)知識(shí)具體分析各種圓周現(xiàn)象，不僅能加深對(duì)理論知識(shí)的認(rèn)識(shí)，更能解釋這些現(xiàn)象，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)物理與生活緊密聯(lián)系的認(rèn)識(shí).【教學(xué)目標(biāo)】物理觀念：樹(shù)立運(yùn)動(dòng)觀念，加深學(xué)生對(duì)向心力的認(rèn)識(shí)，使其會(huì)在實(shí)際問(wèn)題中分析向心力的來(lái)源，并進(jìn)行簡(jiǎn)單運(yùn)算。科學(xué)思維：通過(guò)對(duì)火車(chē)轉(zhuǎn)彎、拱形橋看做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的實(shí)例分析，滲透理論聯(lián)系實(shí)際的觀點(diǎn)，提高學(xué)生分析和解決問(wèn)題的能力。?？茖W(xué)探究：通過(guò)火車(chē)轉(zhuǎn)彎、拱形橋物理模型的鞏固，體會(huì)物理模型在物理學(xué)習(xí)中的重要性?？茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任：通過(guò)向心力在具體問(wèn)題中的應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生將物理知識(shí)應(yīng)用于生活和生產(chǎn)實(shí)踐的意識(shí)。【教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)】重點(diǎn)：能運(yùn)用運(yùn)動(dòng)觀和物質(zhì)觀分析生活中的常見(jiàn)的圓周運(yùn)動(dòng)，體會(huì)模型構(gòu)建的方法。難點(diǎn)：具體問(wèn)題中向心力的來(lái)源分析。【教學(xué)環(huán)境】多媒體設(shè)備（實(shí)物展臺(tái)）、課件、幾何畫(huà)板工具【教學(xué)過(guò)程】新課引入通過(guò)前面章節(jié)的學(xué)習(xí)，我們已經(jīng)對(duì)圓周運(yùn)動(dòng)的規(guī)律有了一定的認(rèn)識(shí)，請(qǐng)同學(xué)們先觀看一段視頻：案例導(dǎo)入：播放2008年膠濟(jì)鐵路4.28火車(chē)脫軌特別重大交通事故模擬視頻。 請(qǐng)問(wèn)：?jiǎn)栴}1.視頻中事故發(fā)生地點(diǎn)有什么特殊之處？（轉(zhuǎn)彎處）問(wèn)題2.原因有是什么?（超速，規(guī)定80km/h，實(shí)際速度131km/h）問(wèn)題3.這個(gè)規(guī)定速度是怎樣得來(lái)的？帶著這些問(wèn)題我們開(kāi)始今天的學(xué)習(xí)——《生活中的圓周運(yùn)動(dòng)》。板書(shū)：6.4生活中的圓周運(yùn)動(dòng)新課教學(xué)首先，請(qǐng)大家明確本節(jié)課的學(xué)習(xí)目標(biāo)：（1）能根據(jù)所學(xué)知識(shí)分析生活中的各種圓周運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象，在此過(guò)程中體會(huì)模型構(gòu)建的方法。（2）知道航天器中的失重現(xiàn)象。（3）觀察生活中的離心現(xiàn)象，知道離心運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的原因，了解其在生活中的應(yīng)用和所帶來(lái)的危害。本節(jié)課的重難點(diǎn)：運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析生活中的圓周運(yùn)動(dòng)，體會(huì)模型構(gòu)建的方法。鐵路是國(guó)家重要基礎(chǔ)設(shè)施，受地形制約，彎道設(shè)計(jì)不可避免，每一段彎道可視為一小段圓弧，火車(chē)在較短時(shí)間內(nèi)的運(yùn)動(dòng)可視為水平面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)模型.火車(chē)彎道的設(shè)計(jì)1、展示火車(chē)轉(zhuǎn)彎圖片[來(lái)源:Z|xx|k.Com]問(wèn)題4：分析火車(chē)轉(zhuǎn)彎可看做什么樣的運(yùn)動(dòng)？（圓周運(yùn)動(dòng)）思考與討論： 火車(chē)車(chē)輪結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：火車(chē)的車(chē)輪由水平的踏面和突出的輪緣組成。問(wèn)題5：輪緣的作用是什么？（輪緣有導(dǎo)向和防止脫軌的作用）問(wèn)題6：某列火車(chē)勻速行駛在平直的軌道上，其受力情況如何？（火車(chē)受到4個(gè)力的作用：重力、支持力、牽引力和因摩擦、空氣等產(chǎn)生的阻力，其中牽引力和阻力始終平衡，為做圖方便，下面我們不在畫(huà)出）。問(wèn)題7：如果前方出現(xiàn)一個(gè)右轉(zhuǎn)彎道，受力情況有何不同？①如果鐵路彎道的內(nèi)外軌一樣高。演示實(shí)驗(yàn)：幾何畫(huà)板火車(chē)轉(zhuǎn)彎時(shí)實(shí)際是在做水平面內(nèi)圓周運(yùn)動(dòng)，因而水平面內(nèi)具有向心加速度。重力和地面對(duì)鐵軌的支持力在豎直方向上，不可能提供向心力，是什么力使它產(chǎn)生向心加速度？只能是火車(chē)外側(cè)鐵軌對(duì)輪緣的彈力提供火車(chē)轉(zhuǎn)彎的向心力。問(wèn)題8：路軌對(duì)車(chē)輪的彈力提供向心力，會(huì)產(chǎn)生什么影響？有何危害？火車(chē)質(zhì)量和速度相當(dāng)大，靠這種辦法得到向心力，輪緣與外軌間的相互作用力太大，鐵軌和車(chē)輪極易受損。問(wèn)題9：假設(shè)你是一位從事鐵路設(shè)計(jì)的工程師，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一套方案來(lái)解決這一實(shí)際問(wèn)題？讓學(xué)生分析、討論和交流。（防止火車(chē)脫軌，根本上是減少鐵軌與輪緣之間的擠壓，我們可以設(shè)計(jì)彎道使外軌略高于內(nèi)軌）問(wèn)題10：現(xiàn)實(shí)中，火車(chē)彎道設(shè)計(jì)和同學(xué)們的方案一致，為什么要這樣設(shè)計(jì)？小組討論后請(qǐng)一名代表給大家講解一下。②如果在彎道使外軌略高于內(nèi)軌。如果在轉(zhuǎn)彎處使外軌略高于內(nèi)軌，火車(chē)轉(zhuǎn)彎時(shí)鐵軌對(duì)火車(chē)的支持力N的方向不再是豎直的，而是斜向彎道的內(nèi)側(cè)，水平、豎直方向正交分解，若：水平方向：NX=meq\f(v2,r)即支持力水平方向的分力恰好能夠提供火車(chē)轉(zhuǎn)彎所需的向心力，輪緣與鐵軌間無(wú)擠壓，這種情況下是最安全的，火車(chē)轉(zhuǎn)彎時(shí)的規(guī)定速度就是這樣得來(lái)的。問(wèn)題11：請(qǐng)同學(xué)們計(jì)算出規(guī)定速度的表達(dá)式？（學(xué)生活動(dòng)）規(guī)定速度：v=eq\r(grtanθ)【思考與討論】若火車(chē)行駛的速度大于規(guī)定速度，火車(chē)受力情況有變化嗎？（學(xué)生活動(dòng)）支持力的分力NX不足以提供火車(chē)做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，需要其它力來(lái)補(bǔ)充，這個(gè)力只能是鐵軌對(duì)火車(chē)沿鐵軌平面的斜向下的彈力。這就是為什么視頻中火車(chē)彎道處超速是火車(chē)脫軌和翻車(chē)的主要原因。同理，若火車(chē)行駛的速度小于規(guī)定速度，鐵軌對(duì)火車(chē)沿鐵軌平面的斜向上的彈力【小試牛刀】[例1]質(zhì)量為2.0×103kg的汽車(chē)在水平公路上行駛，輪胎與路面間的最大靜摩擦力為1.4×104N。汽車(chē)經(jīng)過(guò)半徑為50m的彎路時(shí)，如果車(chē)速達(dá)到72km/h，這輛車(chē)會(huì)不會(huì)發(fā)生側(cè)滑？演示實(shí)驗(yàn)：二、橋梁設(shè)計(jì)展示圖片拱形橋凸形橋生活中道路設(shè)計(jì)還有很多，比如橋梁設(shè)計(jì)：平橋、拱形橋、凹形橋。思考與討論：①公路在通過(guò)小型水庫(kù)泄洪閘的下游時(shí)常常要修建凹形路面，也叫“過(guò)水路面”。請(qǐng)思考其中原因？同樣把這橋看成圓周運(yùn)動(dòng)的一部分，在豎直方向?qū)?chē)進(jìn)行受力分析。得：，根據(jù)牛頓第三定律可知，車(chē)輛對(duì)橋的壓力汽車(chē)通過(guò)凹形路面的最低點(diǎn)時(shí),車(chē)對(duì)地面的壓力比汽車(chē)所受的重力大，即處于超重狀態(tài)，這樣車(chē)就不容易被水沖走了。②汽車(chē)過(guò)拱形橋（凸橋）時(shí)，在最高點(diǎn)車(chē)對(duì)橋面的壓力又怎樣？同樣把這橋看成圓周運(yùn)動(dòng)的一部分，在豎直方向?qū)?chē)進(jìn)行受力分析。應(yīng)該剛才的結(jié)論：移項(xiàng)得根據(jù)牛三定律，汽車(chē)對(duì)橋的壓力與橋?qū)ζ?chē)的支持力FN是一對(duì)作用力和反作用力，大小相等。所以壓力的大小為。【思考與討論】地球可以看作一個(gè)巨大的拱型橋，其半徑就是地球半徑R.如果一輛汽車(chē)在地球表面運(yùn)動(dòng)的速度足夠大會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象？（汽車(chē)“飛”離橋面做拋體運(yùn)動(dòng)）小試牛刀【例2】以繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的宇宙飛船(含宇航員）M為例，當(dāng)飛船距地面高度為100?200km時(shí)，它的軌道半徑近似等于地球半徑R，航天員m受到的地球引力近似等于他在地面受到的重力mg,證明：航天員處于是完全失重狀態(tài)。火車(chē)彎道和拱橋都是提供的力恰好等于所需的向心力，若外界提供的力發(fā)生突然變化，運(yùn)動(dòng)又會(huì)怎樣？三、離心運(yùn)動(dòng)（1）離心運(yùn)動(dòng)做圓周運(yùn)動(dòng)的物體，—旦提供的力突然消失，由于本身的慣性，物體就沿切線方向飛去，離圓心越來(lái)越遠(yuǎn)。除了提供的力突然消失外，在合外力F不足以提供物體做圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力，即供需雙方不能滿足需要時(shí)，物體將偏離原來(lái)運(yùn)動(dòng)的圓軌道。物體將沿切線和圓周之間的某條曲線運(yùn)動(dòng)，離圓心越來(lái)越遠(yuǎn)，如圖所示。若外界提供的力突然變大，在合外力F超過(guò)圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力時(shí)，物體將離圓心越來(lái)越遠(yuǎn)，如圖所示。（2）離心運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用和防止①離心運(yùn)動(dòng)的防止運(yùn)動(dòng)具有復(fù)雜性，同學(xué)們要學(xué)會(huì)運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)，做到趨利避害。彎道設(shè)計(jì)就是避害的一種，如下圖②離心運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用生活中也有很多趨利的設(shè)計(jì)。，如下圖所示： 回顧整節(jié)課，我們一起總結(jié)一下圓周運(yùn)動(dòng)模型的的一般處理步驟：（1）明確對(duì)象，找出圓周平面，確定圓心和半徑；（2）進(jìn)行受力分析，畫(huà)出受力分析圖;（3）求出在半徑方向的合力，即向心力；（4）求出物體做圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力（5）結(jié)合勻速圓周運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)列方程求解。生活中很多現(xiàn)象都與物理知識(shí)有關(guān)，希望同學(xué)們都能做到眼中有物,心中有理。本節(jié)課就講到這里，下課?！景鍟?shū)設(shè)計(jì)】6.4生活中的圓周運(yùn)動(dòng)一、火車(chē)轉(zhuǎn)彎①如果在彎道使外軌略高于內(nèi)軌支持力F支與重力mg的合力指提供部分向心力：F合＝mgtanθ二、汽車(chē)過(guò)拱形橋1、汽車(chē)過(guò)凹橋時(shí)：2、汽車(chē)過(guò)凸橋時(shí)：指向圓心的力-背向圓心的力=向心力【教學(xué)反思】重視學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程，體現(xiàn)“以學(xué)生為主體，以教師為主導(dǎo)”的新型師生關(guān)系，強(qiáng)化情感、態(tài)度與價(jià)值觀的教育，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。力圖在教學(xué)中營(yíng)造活躍、寬松的學(xué)習(xí)氛圍，鼓勵(lì)學(xué)生合作探究，為學(xué)生與學(xué)生、教師與學(xué)生的交流與合作創(chuàng)設(shè)更多的機(jī)會(huì)【知識(shí)拓展】2013年6月20日太空授課內(nèi)容（1）制作水球一個(gè)金屬圈插入飲用水袋并抽出后，形成了一個(gè)水膜。用飲水袋不斷注水，水膜很快長(zhǎng)成一個(gè)晶瑩剔透的大水球。水球內(nèi)有連串的氣泡，用針筒取出，水球卻不受任何破壞。揭秘：液體表面張力（2）“單擺”運(yùn)動(dòng)T形支架上，細(xì)繩拴著一顆小球。王亞平將小球拉升至一定高度后放掉，小球像著了魔似的，用很慢的速度擺動(dòng)。隨后，王亞平用手指輕推小球