6.4 生活中的圆周运动 说课课件(共46张PPT)

(共46张PPT)
6.4
生活中的圆周运动(说课）
一、 学情分析：
学生已经学习了匀速圆周运动、向心力、向心加速度的概念，已经对圆周运动有了比较清晰的认识，但学生对于向心力来源，涉及向心力的有关计算，还比较模糊，这样就不能进行知识迁移和解决实际问题。而解决实际问题的能力，学生还是比较欠缺的。
二、 教材分析
1、本课是必修第二册 第六章的第4节， 也是这一章的最后一节。这一节是本章关于圆周运动的总结，相对于下一章的万能有引力与航天，起到承上启下的作用。
2、教材的内容涉及多种生活中的实际问题，容量较大，根据教材并结合教学实际，可将问题分为定性和定量分析
3、教学目标
1.能定性分析火车转弯外轨比内轨高的原因。
2.能定量分析汽车过拱形桥最高点和凹形桥最低点的压力问题。
3.知道航天器中的失重现象的本质。
4.知道离心运动及其产生的条件，了解离心运动的应用和防止。
5.会用牛顿第二定律分析圆周运动。
（1）知识与技能
（2） 过程与方法：
通过受力分析，并联系圆周运动推出修铁路和公路时在转弯处为何外侧高，航天器航天员为何处于失重状态，让学生明白进行科学的推理与计算也是解决实际问题的重要方法，另外，联系在生活中观察的现象，结合物理学进行思考也是获取物理知识的过程。
（3） 情感、态度和价值观：
通过一些交通事故的解释，使学生明，作为建筑施工工程师的重大责任，严谨科学态度的重要性，使学生建立学习物理的责任感和自豪感。
4、重、难点
（1） 火车车轮轮缘的作用
（2） 汽车过拱桥临界问题
（3） 航天器中失重的解释
（4） 汽车转弯离心运动的解释
三、教法和学法
教法：教师引导学生讨论、探究，在关键处给予点拨，让学生亲自动笔、推导并表述；
学法：推导、探究、讨论，发表意见；
为了更好的处理教材中的材料，我采用以下教学思路：
1、以圆周运动的动力学本质为主线，区分出圆周运动和离心运动两个内容，其中第一部分为主干
2、定性分析与定量分析相结合的实例教学，突出对生活中实际问题的科学解释和优化方案提出。
四、 教学过程
引题
讲一个真实报到：湖南长沙市天心区与湘府西路与书院南路交叉中处，四个月内连续发生11起车祸，其间，有关部门在540米内设立两个黄灯、5个橡胶减速带、5个警示标志，并限速10Km/h，但车祸还是继续发生，车总是撞到路对面的房子上，害得这家的人不敢在临街的屋子里住。最后一次一辆大卡车将这家的房子撞塌，并将一个女大学生撞死。有记者去采访大学物理系的教授才弄清了是怎么回事，并不是先前有人说的是风水问题。
实际上，只需采访一下我们班的同学即可，前提是要认真学习本节的知识——生活中的圆周运动
思考：
在平直轨道上匀速行驶的火车，火车受几个力作用？这几个力的关系如何？那火车转弯时情况会有何不同呢？
火车转弯时是在做圆周运动，那么是什么力提供向心力？
实例
一、铁路的弯道
车轮的构造
火车车轮有突出的轮缘
铁路的弯道
——内外轨道一样高
G
N
外轨对轮缘的弹力提供向心力
.
靠这种办法得到的向心力缺点是什么？如何解决这一实际问题？
F
【最佳方案】
外轨略高于内轨
G
FN
F合
α
【方案剖析】
火车转弯规定临界速度:
解析：
重力G与支持力FN的合力F合是使火车转弯的向心力
【研究与讨论】
如果火车在转弯处的速度不等于规定速度，会发生怎样情况？
讨论：
1.当 , > F提 合力不足以提供向心力
外轨对轮缘有挤压；
2.当 , = F提合力恰好等于向心力
内外轨对轮缘都无挤压
3.当 , < F提合力大于向心力，内轨
对轮缘有挤压
火车行驶速率v>v规定
当火车行驶速率v>v规定时
当火车行驶速率vG
N
N′
火车行驶速率vG
N
N′
外轨对轮缘有侧压力
内轨对轮缘有侧压力
注意
1、火车转弯时向心力是水平的．
从这个例子我们进一步知道 ：
2、向心力是按效果命名的力，如果认为做匀速圆周运动的物体除了受到另外物体的作用，还要再受到一个向心力，那就不对了。
F合=mgtanθ=Fn
汽车赛道转弯处是外高内低
（并且超车道比主车道更加倾斜）
汽车在倾斜路面上转弯靠合力提供向心力
G
Fn
1．如图 3-4-2 所示，
公路路面的倾斜角为θ，设弯道路段的半径为R，重力加速度为
)
g，要保证安全，汽车在弯道路段的行驶速度应满足(
A．v＝gRtanθ
B．V＝gR2tanθ
C．V≤
D．V≤
图 3-4-2
公路上的拱形桥是常见的，汽车过桥时，也可以看做圆周运动。那么是什么力提供汽车的向心力呢？
思考：
实例
二、拱形桥
二、汽车过桥
1
2
3
汽车通过桥最高点时，
车对桥的压力
以“凸形桥”为例分析：
1、分析汽车的受力情况
2、找圆心
3、确定F合即F向心力的方向。
4、列方程
N
G
·
F合= G-N
思考：汽车在拱形桥顶端的速度不同，
桥对车的支持力也不同，有什么不同呢 ？
向心力的计算
【例】如图 所示，汽车质量为 1.0×103 kg，以 5 m/s 的速率通过拱形桥的最高点，拱桥的半径为 10 m，g 取 10 m/s2，此时汽车对拱形桥的压力大小为
A．1.0×103 N
B．2.0×103 N
C．7.5×103 N
D．5.0×103 N
若速度为10m/s呢
汽车在拱形桥最高点运动时，存在临界速度。即当 时，有
则临界速度为
拓展
凹形桥
下面自己分析汽车通过凹形桥最低点时，汽车对桥的压力比汽车的重力大些还是小些
学生分析汽车通过最底点时车对桥 (过水路面)的压力
模拟实验
图9)。
汽车对桥面的压力 超重失重状态
最高点
最低点
失重
超重
小结：
　　地球可以看做一个巨大的拱形桥，桥面的半径就是地球的半径。会不会出现这样的情况：速度大到一定程度时，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？……
思考与讨论
该“思考与讨论”中描述的情景其实已经实现，不过不是在汽车上，而是在航天飞机中．
汽车速度增大
v
思维拓展
分析
假设宇宙飞船总质量为M，它在地球表面附近绕地球做匀速圆周运动,速率为V，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．通过求解你可以得出什么结论
三、航天器中的失重现象
一宇宙飞船绕地球做匀速圆周运动，距地面一二百千米时，它的轨道半径近似等于地球半径，航天员受到地球引力近似等于重力
船舱对航天员的支持力为零，航天员
处于失重状态。
F
=
r
v
m
2
提供物体做圆周运动的向心力
物体做圆周运动所需要的向心力
当 “供”“需”平衡时，物体做圆周运动
想一想：当 “供”“需”不平衡时，物体将如何运动呢？
1、定义：
当向心力突然消失或者指向圆心的合力不足时，物体做逐渐远离圆心的运动，叫做离心运动。
实例
四、离心运动
离心抛掷
离心脱水
离心分离
离心甩干
2、离心运动的应用与防止
离心运动的应用
(单选)下列预防措施中，
与离心现象无关的是(
)
B
A．砂轮的外侧加防护罩
B．厢式电梯张贴限载标识
C．火车拐弯处设置限速标志
D．投掷链球的区域加防护网
(单选)一个做匀速圆周运动的物体，当 F合突然小于
mrω2 时(
)
C
A．沿切线方向做匀速直线运动飞出
B．将做靠近圆心的曲线运动
C．将做远离圆心的曲线运动
D．将做平抛运动
解析：做匀速圆周运动的物体，当合外力突然小于向心力
时，物体将做离心运动．
引题
讲一个真实报到：湖南长沙市天心区与湘府西路与书院南路交叉中处，四个月内连续发生11起车祸，其间，有关部门在540米内设立两个黄灯、5个橡胶减速带、5个警示标志，并限速10Km/h，但车祸还是继续发生，车总是撞到路对面的房子上，害得这家的人不敢在临街的屋子里住。最后一次一辆大卡车将这家的房子撞塌，并将一个女大学生撞死。有记者去采访大学物理系的教授才弄清了是怎么回事，并不是先前有人说的是风水问题。
回顾引例
一、铁路的弯道
1．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．讨论：为什么转弯处的半径和火车运行速度有条件限制
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．竖直面内圆周运动中的超重、失重情况．
三、航天器中的失重现象
万有引力提供向心力，支持力为零，完全失重
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．
小结
通过本节课的学习我们知道：
板书设计
圆周运动
离心运动
1、火车转弯
2、拱桥（最高点）
3、凹桥（最低点）
4、航天器中失重现象 万有引力提供向心力
离心运动的应用和防止
谢谢