(共31张PPT)
教科版物理必修2
圆周运动的实例分析
康巴什大桥
九眼桥
小结
不同桥面，车的受力情况
问题1
汽车通过拱桥顶时，汽车的运动轨迹？
v
活动1
汽车过拱形桥
问题2
汽车过桥顶的向心力由谁提供？
FN
G
问题3
问题4
向心力与速度有怎样的关系？
动1
例题
质量为 的汽车,以速度 通过拱形桥最高点时，若桥面圆弧半径为 ,则汽车对拱桥的压力多大？
v
mg
失重
当 时汽车对桥的压力为零。
FN
根据牛顿第三定律得：
解：由题意可得
根据牛顿第二定律：
即
动1
问题5
汽车速度越大对桥的压力越大
FN
G
超重
凹形桥问题该如何处理？
解：由题意可得
根据牛顿第二定律：
根据牛顿第三定律得：
即
小结
通过不同桥面，压力与重力的关系
动1
竖直面内的圆周运动模型
FN
G
mg
FN
活动2
火车转弯
火车在水平轨道转弯，其轨道平面在哪里？
问题1
问题2
火车在水平轨道上转弯，什么力来提供向心力？
向心力 F 由外侧轨道对轮缘的压力提供
G
F
水平面内
某铁路水平弯道处,,轨道半径 ，轨道宽 ，规定的转弯速度 ，当一列质量为 的火车在此弯道转弯时，外轨与轮缘间的压力多大？
问题3
解：由题意可得
（2）火车转弯所需的向心力：
当外轨略高于内轨时：
问题4
你想如何解决这一问题？
G
F
（1）火车做圆周运动的轨道平面：
水平面内的圆周运动
由G和 的合力提供一部分向心力
例题
由牛顿第二定律可得
解得
θ一般较小，可近似认为
则
火车质量为m, 轨距是L,转弯半径为R，火车转弯时速度为 ,要使外轨和轮缘之间无挤压，则内外轨的高度差h应为多少
解：根据力的合成可得
在实际中，铁轨修好之后h、R、L一定，又 是定值，所以火车拐弯时的车速是一定值。
当火车行驶速率
当火车行驶速率
外轨对轮缘有侧压力
内轨对轮缘有侧压力
思考
一、处理圆周运动的一般步骤是什么？
1、明确研究对象，找到圆周运动的轨道面，确定圆心
2、进行受力分析
3、求出在半径方向的合力，即所需的向心力
4、运用牛顿第二定律列方程求解
小结
小结
二、生活中的圆周运动问题可建立何种模型？
火车转弯，建立水平面内圆周运动模型。
汽车过桥，建立竖直面内的圆周运动模型。
作业:
1、仔细阅读本节教材内容；
2、完成学案的练习题部分。
谢谢大家，辛苦啦！《圆周运动的实例分析》教学设计
一、教材依据
本节课是教科版高中物理必修2第二章《研究圆周运动》的第3节《圆周运动的实例分析》。
二、设计思路
（一）、指导思想
①突出科学的探究性和物理学科的趣味性；
②体现了以学生为主体的学习观念；注重了循序渐进性原则和学生的认知规律，使学生从感性认识自然过渡到理性认识。
（二）、设计理念
本节对学生来说是比较感兴趣的，要使学生顺利掌握本节内容。引导学生在日常生活经验的基础上通过观察和主动探究和归纳，就成为教学中必须解决的关键问题。所以在本节课的设计中，结合新课改的要求，利用“六步教学法”：教师主导——提出问题；学生探求——发现问题；主体互动——研究问题；课堂整理——解决问题；课堂练习——巩固提高；反思小结——信息反馈，为学生准备了导学提纲，重视创设问题的情境，引导学生分析现象，归纳总结出实验结论。
教材分析
本节是《研究圆周运动》这一章的核心，它既是圆周运的向心力与向心加速度的具体应用，也是牛顿运动定律在曲线运动中的升华，它也将为学习后续的万有引定律应用、带电粒子在磁场中运动等内容作知识与方法上的准备。
本节通过对汽车、火车等交通工具等具体事例的分析，理解圆周运动规律分析和解决物理问题的方法。在本节教学内容中，圆周运动与人们日常生活、生产技术有着密切的联系，本节教材从生活场景走向物理学习，又从物理学习走向社会应用，体现了物理与生活、社会的密切联系。
三、教学目标
（一）知识与技能
通过对自行车、交通工具等具体事例的分析，理解圆周运动规律分析和解决物理问题的方法。
（二）过程与方法
将生活实例转换为物理模型进行分析研究。
（三）情感态度与价值观
1、通过探究性物理学习活动，使学生获得成功的愉悦，培养学生对参与物理学习活动的兴趣，提高学习的自信心。
2、通过对日常生活、生产中圆周运动现象的解释，敢于坚持真理、勇于应用科学知识探究生活中的物理学问题。
3、通过提出问题、分析综合并解决问题，培养学生科学思维的物理核心素养。
4、感受生活中物理学的重要性，体会学习物理的自豪感。
（四）现代教学手段
多媒体应用 学生导学案
教学重点
理解向心力不是一种特殊的力，同时学会分析实际的向心力来源。
五、教学难点
能用向心力公式解决有关圆周运动的实际问题，其中包括分析汽车过拱桥、火车拐弯等问题。
六、教学准备
1．教师准备：通过百度及其它网络搜索相关图片、视频、课件等，并对其进行选择、整理，制作成PPT课件、资源库（专题文件夹）等用于课堂教学。
2．学生课前准备：
预习本节物理导学提纲，初步学会应用向心力知识分析圆周运动实例；
七、教学过程：
教学过程 教师活动 学生活动 教学意图
新课引入 【走进生活，发现物理】 观看PPT平桥、拱桥，凹桥的图片，设问： 1、汽车静止在三种桥面时对桥的压力和自身重力的大小是否相等？ 呈现三种桥的示意图 2、汽车以一定的速度通过平桥，拱桥顶、凹桥底时，对桥的压力和自身重力是否相等？ 提出问题： 汽车过拱桥顶时，其运动轨迹是直线还是曲线？ 曲线所在的圆平面是怎样的？ 做圆周运动的物体向心力是谁提供的？方向呢？ 向心力的大小与速度有怎样的关系 与有什么关系？ 例题： 在质量为的汽车在拱桥上以速度前进，桥面的圆弧半径为 ，求汽车通过桥的最高点时对桥面的压力。 师： 请1位同学在黑板上画这幅图中力的示意图，其他同学在学案上完成。教师巡视。 请学生观察画在这幅图中的受力分析示意图，继而总结向心力的来源。 教师点拔：上述过程中汽车虽然不是做匀速圆周运动，但我们仍然使用了匀速圆周运动的公式。原因是向心力和向心加速度的关系是一种瞬时对应关系，即使是变速圆周运动，在某一瞬时，牛顿第二定律同样成立，因此，向心力公式照样适用。 提出问题： 如果汽车通过凹形桥又是什么情况呢？质量为的汽车，以速度通过凹形桥最低点时，若桥面圆弧半径为, 则汽车对凹形桥底的压力多大？ 教师巡视，实时点播。 请学生展示结果，分析当车速增加时压力的变化。 建立模型： 在处理汽车过拱桥顶和凹桥底问题时，我们的步骤是？ 这种解题方式我们可以将其模型化，即建立竖直平面内的圆周运动模型，今后处理竖直平面内圆周运动中最高点及最低点的问题都可以使用这种方法。 活动1：观察与作图 学生展示：选汽车为研究对象，对汽车进行受力分析：汽车在竖直方向受到重力G和桥对车的支持力作用，如图所示： 有
即 又因支持力与汽车对桥的压力是一对作用力与反作用力，所以有失重现象，当时，，即完全失重，当时, 汽车将脱离桥面，发生危险。 学生展示 由力的合成可知 即 又因支持力与汽车对桥的压力是一对作用力与反作用力作用力，所以 车速越大，压力越大。 通过问题由浅入深，激发了学生的探究心理。
提出问题 作出猜想 探究与讨论 分析论证 2、火车转弯 ［视屏课件］ 设问： 事故发生时，火车在直行还是拐弯？ 火车发生事故的可能原因？ 教师展示教具：轮对和弯轨 介绍轮面、轮缘，轮缘的作用。 提出问题： 火车在水平直道行驶的受力情况？ 弯道转弯时的轨道平面？受力情况？ 2、谁提供火车转弯的向心力？ 3、画出受力示意图，结合运动情况分析各力的关系。 倾听学生的回答，点评、总结。 总结：转弯时需要提供向心力，而平直路前行不需要。 受力分析得：需增加一个向心力（效果力），由铁轨外轨的轮缘和铁轨之间互相挤压而产生的弹力提供。 通过教具演示火车转弯时外轨与轮缘间的挤压，而内轨并不挤压内侧轮缘。 提出问题：挤压的后果会怎样？ 请大家通过计算，定量的分析侧向挤压产生的压力。 算一算：某铁路水平弯道处,,轨道半径，轨道宽，规定的转弯速度，当一列质量为的火车在此弯道转弯时，外轨与轮缘间的压力多大？ 设疑引申：那么应该如何解决这一实际问题？结合学过的知识加以讨论，提出可行的解决方案，并画出受力图，加以定性说明。 听取学生的汇报，点评。投影学生的受力图，进行定性分析：如下图所示 火车受的重力和支持力的合力提供向心力，对内外轨都无挤压，这样就达到了保护铁轨的目的。 强调说明：向心力是水平的. 如上图，火车质量为, 轨距是,转弯半径为，火车转弯时速度为,要使外轨和轮缘之间无挤压，则内外轨的高度差应为多少 （当） 教师在其中恰当地进行点拔，总结 提升。 合作与交流： 请学生展示结果，其他同学可以补充、 完善。工程师利用物理知识将外轨垫高， 这样大大减小了外轨与轮缘的挤压，减少 了铁轨的磨损，保证了人民的生命安全， 同时也为国家节约了经济投入。课件知 识就是第一生产力，也希望大家好好学 习，将来也为国家科技进步做出贡献。 1、观察火车运动情况。 2、画出受力示意图，结合运动情况分析各力的关系。 结合所学知识讨论分析。 学生活动：发挥自己的想象能力，结合知识点设计方案。结合受力图发表自己的见解。 通过计算，发现压力很大。 学生讨论： 由于火车质量、速度比较大，故所需向心力也很大。这样的话，轮缘和铁轨之间的挤压作用力将很大，导致的后果是铁轨容易损坏，轨缘也容易损坏。 学生分组讨论，得出结论；接着完成导学提纲上的结论填空。 让学生拓展思维，进一步理解火车拐弯处的内低外高的特点。 学生自主完成。 层层引导，步步深入，学生从自己的求知愿望出发提出了探究课题，必能激发学生的探究热情。 从生活的实际出发，简单易行，既可激发兴趣又可培养学生探究知识的欲望和学习兴趣，提高在生活中的应用物理的意识。 培养学生敢于猜想的精神，激发学生的自信心。 充分发挥学生把理论与实践相结合，科学性地解决问题，从中体验保护铁轨的目的。 训练学生的探究问题的能力，培养学生的合作意识。 激发学生对科学家的崇敬和热爱之情，体会学习物理的自豪感。
【回归社会，应用物理】 圆周运动在生活、生产技术中实例很广。 特别在下雨或下雪的路面时，我们骑着自行车（摩托车）拐弯应该注意什么；汽车拐弯时，作为驾驶员应该注意什么；火车轨道（210国道）拐弯处设计成内低外高，这又为什么呢。 活动：相互讨论，分组回答。 通过学生的参与探究，探究合作获取了对生活中圆周运动的实例的新认识，领略到将理论应用于实际解决问题而带来的成功乐趣。
反思小结 通过本课的学习，你有什么收获？我们运用了哪些方法？你还有什么问题？
布置作业 完成教材课后作业。 充分体现了“从生活走向物理，从物理走向社会”的理念。对学生养成关注日常生活中的物理现象的习惯和形成学以致用的责任意识方面都起到潜移默化的作用。
板书设计 2.3圆周运动的实例分析 汽车过拱桥---竖直面内圆周运动模型 二、火车拐弯---水平面内圆周运动模型
