6.4生活中的圆周运动 教案
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文档简介
6.4生活中的圆周运动
〖教材分析〗
本节课是前面所学的知识的综合运用。与生活联系紧密如火车弯道，拱形桥都是常见的，同时也是运用向心力解决实际问题的一节。通过研究圆周运动规律在生活中的具体应用，使学生深入理解圆周运动规律，并且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。物理与生活相联系，进一步激发学生学习的积极性，让学生获得学习物理的兴趣。
〖教学目标与核心素养〗
物理观念：树立运动观念，加深学生对向心力的认识，使其会在实际问题中分析向心力的来源，并进行简单运算。
科学思维：通过对火车转弯、拱形桥看做匀速圆周运动的实例分析，渗透理论联系实际的观点，提高学生分析和解决问题的能力。。
科学探究：通过火车转弯、拱形桥物理模型的巩固，体会物理模型在物理学习中的重要性。
科学态度与责任：通过向心力在具体问题中的应用，培养学生将物理知识应用于生活和生产实践的意识。
〖教学重点与难点〗
重点：分析具体问题中的向心力来源，并结合牛顿运动定律求解有关问题。
难点：关于对临界问题的讨论和分析。
〖教学准备〗
多媒体课件，台秤，凹形桥演示仪，小球
〖教学过程〗
一、新课引入
复习导入：1、圆周运动的动力学方程
向心力表达式
案例导入：(播放2016年西班牙快速列车脱轨新闻视频）案例中事故发生的原因是什么 如何计算规定的速度？通过本节课学习了解这些问题。
二、新课教学
（一）火车转弯
火车转弯时在做圆周运动，是什么力提供向心力？
①如果铁路弯道的内外轨一样高。
观察火车的车轮的构造，发现汽车轮胎不同的是, 火车的车轮上有突出的轮缘。
火车转弯时，外侧车轮的轮缘挤压外轨。外轨发生弹性形变，外轨对轮缘产生一个向里的水平的弹力。对火车进行受力分析，重力、支持力以及弹力。观察发现重力支持力相互抵消（水平方向的不考虑），那么弹力是火车转弯所需向心力的主要来源。
例1、火车速度为v，弯道的半径R，火车的质量m，转弯时轮缘对轨道侧向的弹力多大？
火车质量太大，挤压铁轨，铁轨和车轮损坏快，这是不经济的。而且靠这种办法得到向心力，将会使轮缘与外轨间的相互作用力过大，不仅铁轨和车轮极易受损，还可能使火车侧翻。
实际中的弯道是如何设计的？为什么要这样设计？
②如果在弯道使外轨略高于内轨。
在拐弯的地方对齐进行受力分析，重力、支持力和轮缘的弹力，我们发现铁轨对火车的支持力的方向不再是竖直的，而是斜向弯道的内侧，与重力不再是等大反向。在修筑铁路时，要根据弯道的半径和规定的行驶速度，适当选择内外轨的髙度差，主要是调整好这个角度θ，使转弯时所需的向心力儿乎完全由重力G和支持力琮的合力来提供。
例2、 如图，斜面轨道倾角为θ，转弯半径r，要使车轮对内外轨都无压力,质量为m的火车运行的速率应该多大
解：F合＝mgtanθ
思考与讨论
当火车行驶速率v当火车行驶速率v>v0时，内轨与轮缘之间有弹力；
练习1．高铁列车的速度很大，铁路尽量铺设平直，但在铁路转弯处要求内、外轨道的高度不同。在设计轨道时，其内、外轨高度差h不仅与转弯半径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．内轨一定要比外轨高
B．r一定时，v越大，h越大
C．v一定时，r越大，h越大
D．在通过建设好的弯道时，火车的速度越小，轮缘对轨道的作用力一定越小
汽车过桥
1、汽车过凹型桥
图片展示凹型桥，提出问题：汽车通过凹型桥最低点时对桥面的压力与重力大小比较。
学生通过实验探究，得出结论：汽车通过凹型桥最低点时对桥面的压力大于重力。
进行理论分析：
例3：质量为m的汽车以恒定的速率v通过半径为r的凹形桥面,如图所示,求汽车在最低点时对桥面的压力是多大
2、汽车过拱桥
图片展示拱桥，提出问题：汽车通过拱桥最高点时对桥面的压力与重力大小比较。
课件展示演示实验视频，通过对小车静止在桥面上和小车通过最高点时的截图，得出结论：汽车通过拱桥最高点时对桥面的压力小于重力。
进行理论分析：
例4：质量为m 的汽车以恒定的速率v通过半径为r的拱桥,如图所示,求汽车在桥顶时对路面的压力是多大
思考：当汽车通过桥顶时的速度逐渐增大时，压力会怎样变化
比较三种桥面受力的情况
课堂小结:
一.铁路的弯道
1. 向心力的来源: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
2.转弯处火车运行速度的条件限制.
二.拱形桥
1.汽车过拱形桥和凹形桥时,对桥面的压力与重力比较
2.圆周运动中的超重、失重情况．
〖板书设计〗
6.4生活中的圆周运动（第1课时）
一、火车转弯
①如果铁路弯道的内外轨一样高
外轨对轮缘的弹力提供火车转弯的向心力：
②如果在弯道使外轨略高于内轨
支持力F支与重力mg的合力指提供部分向心力：F合＝mgtanθ
二、汽车过拱形桥
1、汽车过平桥时：FN=G
2、汽车过凸桥时：指向圆心的力-背向圆心的力=向心力
EMBED Equation.KSEE3
3、汽车过凹桥时：
〖教材分析〗
本节课是前面所学的知识的综合运用。与生活联系紧密如火车弯道，拱形桥都是常见的，同时也是运用向心力解决实际问题的一节。通过研究圆周运动规律在生活中的具体应用，使学生深入理解圆周运动规律，并且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。物理与生活相联系，进一步激发学生学习的积极性，让学生获得学习物理的兴趣。
〖教学目标与核心素养〗
物理观念：树立运动观念，加深学生对向心力的认识，使其会在实际问题中分析向心力的来源，并进行简单运算。
科学思维：通过对火车转弯、拱形桥看做匀速圆周运动的实例分析，渗透理论联系实际的观点，提高学生分析和解决问题的能力。。
科学探究：通过火车转弯、拱形桥物理模型的巩固，体会物理模型在物理学习中的重要性。
科学态度与责任：通过向心力在具体问题中的应用，培养学生将物理知识应用于生活和生产实践的意识。
〖教学重点与难点〗
重点：分析具体问题中的向心力来源，并结合牛顿运动定律求解有关问题。
难点：关于对临界问题的讨论和分析。
〖教学准备〗
多媒体课件，台秤，凹形桥演示仪，小球
〖教学过程〗
一、新课引入
复习导入：1、圆周运动的动力学方程
向心力表达式
案例导入：(播放2016年西班牙快速列车脱轨新闻视频）案例中事故发生的原因是什么 如何计算规定的速度？通过本节课学习了解这些问题。
二、新课教学
（一）火车转弯
火车转弯时在做圆周运动，是什么力提供向心力？
①如果铁路弯道的内外轨一样高。
观察火车的车轮的构造，发现汽车轮胎不同的是, 火车的车轮上有突出的轮缘。
火车转弯时，外侧车轮的轮缘挤压外轨。外轨发生弹性形变，外轨对轮缘产生一个向里的水平的弹力。对火车进行受力分析，重力、支持力以及弹力。观察发现重力支持力相互抵消（水平方向的不考虑），那么弹力是火车转弯所需向心力的主要来源。
例1、火车速度为v，弯道的半径R，火车的质量m，转弯时轮缘对轨道侧向的弹力多大？
火车质量太大，挤压铁轨，铁轨和车轮损坏快，这是不经济的。而且靠这种办法得到向心力，将会使轮缘与外轨间的相互作用力过大，不仅铁轨和车轮极易受损，还可能使火车侧翻。
实际中的弯道是如何设计的？为什么要这样设计？
②如果在弯道使外轨略高于内轨。
在拐弯的地方对齐进行受力分析，重力、支持力和轮缘的弹力，我们发现铁轨对火车的支持力的方向不再是竖直的，而是斜向弯道的内侧，与重力不再是等大反向。在修筑铁路时，要根据弯道的半径和规定的行驶速度，适当选择内外轨的髙度差，主要是调整好这个角度θ，使转弯时所需的向心力儿乎完全由重力G和支持力琮的合力来提供。
例2、 如图，斜面轨道倾角为θ，转弯半径r，要使车轮对内外轨都无压力,质量为m的火车运行的速率应该多大
解：F合＝mgtanθ
思考与讨论
当火车行驶速率v
练习1．高铁列车的速度很大，铁路尽量铺设平直，但在铁路转弯处要求内、外轨道的高度不同。在设计轨道时，其内、外轨高度差h不仅与转弯半径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．内轨一定要比外轨高
B．r一定时，v越大，h越大
C．v一定时，r越大，h越大
D．在通过建设好的弯道时，火车的速度越小，轮缘对轨道的作用力一定越小
汽车过桥
1、汽车过凹型桥
图片展示凹型桥，提出问题：汽车通过凹型桥最低点时对桥面的压力与重力大小比较。
学生通过实验探究，得出结论：汽车通过凹型桥最低点时对桥面的压力大于重力。
进行理论分析：
例3：质量为m的汽车以恒定的速率v通过半径为r的凹形桥面,如图所示,求汽车在最低点时对桥面的压力是多大
2、汽车过拱桥
图片展示拱桥，提出问题：汽车通过拱桥最高点时对桥面的压力与重力大小比较。
课件展示演示实验视频，通过对小车静止在桥面上和小车通过最高点时的截图，得出结论：汽车通过拱桥最高点时对桥面的压力小于重力。
进行理论分析：
例4：质量为m 的汽车以恒定的速率v通过半径为r的拱桥,如图所示,求汽车在桥顶时对路面的压力是多大
思考：当汽车通过桥顶时的速度逐渐增大时，压力会怎样变化
比较三种桥面受力的情况
课堂小结:
一.铁路的弯道
1. 向心力的来源: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
2.转弯处火车运行速度的条件限制.
二.拱形桥
1.汽车过拱形桥和凹形桥时,对桥面的压力与重力比较
2.圆周运动中的超重、失重情况．
〖板书设计〗
6.4生活中的圆周运动（第1课时）
一、火车转弯
①如果铁路弯道的内外轨一样高
外轨对轮缘的弹力提供火车转弯的向心力：
②如果在弯道使外轨略高于内轨
支持力F支与重力mg的合力指提供部分向心力：F合＝mgtanθ
二、汽车过拱形桥
1、汽车过平桥时：FN=G
2、汽车过凸桥时：指向圆心的力-背向圆心的力=向心力
EMBED Equation.KSEE3
3、汽车过凹桥时：