6.4生活中的圆周运动 教学设计（表格式）2024-2025学年高一下学期物理人教版（2019）必修第二册

高一 物理 学科基于标准的学教评一致性双主互动课堂教学设计
课题 6.4生活中的圆周运动
日 期 节 次 3节
来 源 （具体教材版本信息） 新人教版（2019板）
课型 新授课 授课对象 高一（1）、（2）班学生
目标确 立依据 课标分析 课标摘录 通过匀速圆周运动的规律可在变速圆周运动中使用，渗透特殊性和一般性之间的辩证关系，提高学生的分析能力；通过对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。
课标分解 学生学 到什么 1、火车外轨比内轨高的原因。 2、汽车过拱形桥最高点和凹形桥最低点的压力问题。 3、航天器中的失重现象的本质。 4、离心运动及其产生条件，离心运动的运用和预防。
学到什 么程度 1、定性分析火车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条件，了解离心运动的运用和预防。
学生怎 么学 通过视频观察、逻辑推理及探究、师生交流与讨论，小组合作学习
教材分析 《生活中的圆周运动》是人教版物理必修二第六章的第四节，也是该章最后一节。《课程标准》要求学生能用牛顿第二定律分析匀速圆周运动的向心力。本课内容是圆周运动有关知识的生活实例应用，是牛顿第二定律的重要应用之一，本节课的学习有助于了解物理学的特点和研究方法，体会物理学在生活中的应用以及对社会发展的影响，同时也为后面的学习打下基础。
学情分析 在第二节向心力的学习中就有了一定的分析能力，所以本节内容相当于就是“习题”的处理！
本节课在高考考纲及考试说明中定位分析 要求学生能用牛顿第二定律分析匀速圆周运动的向心力。本课内容是圆周运动有关知识的生活实例应用，是高考的必考内容。
目 标 细 化 学 记忆 理解 运用 分析 评价 创 造
学习目标 1、知道什么是圆周运动，什么是匀速圆周运动. √　 　
2.理解什么是线速度、角速度和周期. √
3.理解线速度、角速度和周期之间的关系，会运用有关公式分析和解决有关问题. 　 　 　 √　 　 　 　 　 　 　
重、难点 1、教学重点： （1）加强向心力是一种效果力的理解 （2）在具体问题中能找到是谁提供向心力的，并结合牛顿运动定律求解有关问题 2、教学难点： （1）具体问题中向心力的来源分析 （2）关于对临界问题的讨论和分析 （3）对变速圆周运动的理解和处理
本节课的核心概念和落实方法 核心概念： （1）具体问题中向心力的来源分析 （2）关于对临界问题的讨论和分析 （3）对变速圆周运动的理解和处理 落实方法： 通过观察视频实验及探究、交流与讨论，小组合作学习
评估 任务 能否在具体问题中能找到是谁提供向心力的，并结合牛顿运动定律求解有关问题，并推导出各模型的临界条件
教学 环节 （教学）导学过程设计 评估要点
揭示目标
激趣导学 知识回顾：1、物体做圆周运动时，必须有力提供向心力 向心力是按效果命名的力 2、向心力的特点 方向：总是指向圆心, 作用效果只改变速度 的方向，由物体在半径方向的合力提供。 大小： 一、火车过弯道的设计 1、展示火车转弯图片 2、展示火车车轮图片 3、火车转弯时需要向心力，向心力由什么力来提供呢？ 4、这两个力都是竖直方向的，而火车在水平面内转弯，需要水平方向的向心力，结合车轮的特点分析。 ①在水平路面上转弯 火车转弯时实际是在做圆周运动，因而具有向心加速度。是什么力使它产生向心加速度？原来，火车的车轮上有突出的轮缘，如果转弯处内外轨一样高，外侧车轮的轮缘挤压外轨，使外轨发生弹性形变，外轨对轮缘的弹力就是火车转弯的向心力。 但火车质量太大，靠这种办法得到向心力，轮缘与外轨间的相互作用力太大，铁轨和车轮极易受损。 ②在倾斜上路面转弯 如果在转弯处使外轨略高于内轨，火车转弯时铁轨对火车的支持力FN的方向不再是竖直的，而是斜向弯道的内侧，它与重力mg的合力指向圆心，为火车转弯提供了一部分向心力。这就减轻了轮缘与外轨的挤压。在修筑铁路时，要根据弯道的半径和规定的行驶速度，适当选择内外轨的高度差，使转弯时所需的向心力几乎完全由重力mg和支持力FN的合力来提供。 火车在倾斜路面上转弯时，重力和支持力的合力可提供一部分向心力。设火车外轮缘和外轨间的弹力为F，则有 消去FN后得： 当火车在弯道处按规定速率v0＝行驶时，mg与FN的合力恰好提供转弯时所需的向心力，这时轮缘与轨道之间就不产生挤压了。 二、汽车过拱桥 展示图片 拱形桥 凸形桥 1、汽车在拱桥上行驶时可看做什么运动？ 汽车过拱桥是典型的竖直面内的圆周运动。其研究方法与水平面内的圆周运动方法相同。我们目前只研究最高点与最低点的状态。 2、如果汽车在拱形桥上，以某一速度v通过拱形桥的最高点的时候，桥面受到的压力如何？ 引导学生分析受力情况，并逐步求得桥面所受压力。 （1）汽车过拱形桥的最高点 公路上的拱形桥是常见的，汽车过桥时的运动也可看做圆周运动。质量为m的汽车在拱形桥上以速度v前进，若桥面的圆弧半径为R，我们来分析汽车通过桥的最高点时对桥的压力。 选汽车为研究对象。分析汽车所受的力如图，知道了桥对汽车的支持力FN，桥所受的压力也就知道了。 汽车在竖直方向受到重力mg和桥的支持力FN，它们的合力就是使汽车做圆周运动的向心力F。鉴于向心加速度的方向是竖直向下的，故合力为： F＝mg－FN 以a表示汽车沿拱形桥面运动的向心加速度，根据牛顿第二定律有： 所以 由此解出桥对车的支持力 汽车对桥的压力与桥对汽车的支持力FN是一对作用力和反作用力，大小相等。所以压力的大小为： （2）汽车过凹形桥的最低点 公路在通过水库泄洪闸下游时常常要修建凹形桥，也叫“过水路面”。汽车通过凹形桥最低点时，如图，车对桥的压力比汽车的重量大些还是小些？ 汽车过凹形桥时的运动也可看做圆周运动。质量为m的汽车在凹形桥上以速度v前进，若桥面的圆弧半径为R，我们来分析汽车通过桥的最低点时对桥的压力。 选汽车为研究对象。分析汽车所受的力如图，知道了桥对汽车的支持力FN，桥所受的压力也就知道了。 汽车在竖直方向受到重力mg和桥的支持力FN，它们的合力就是使汽车做圆周运动的向心力F。 根据向心力公式有： 由此解出桥对车的支持力 汽车对桥的压力与桥对汽车的支持力FN是一对作用力和反作用力，大小相等。所以压力的大小为： 三、离心运动 (1)离心运动 ①物体做离心运动的条件 做圆周运动的物体，由于本身的惯性，总有沿着圆周切线方向飞去的倾向，它之所以没有飞去是因为向心力持续地把物体拉到圆周上来，使物体同圆心的距离保持不变。 —旦向心力突然消失，物体就沿切线方向飞去，离圆心越来越远。如用细绳拉着在光滑水平面做匀速圆周运动的小球，如果细绳突然断了，小球就沿切线方向飞去；用旋转的砂轮磨制刀具时 ，原来做匀速圆周的砂轮微粒磨落后将沿切线飞去。 除了向心力突然消失外，在合外力F不足以提供物体做圆周运动所需的向心力，即供需双方不能满足需要时，物体将偏离原来运动的圆轨道。当F＜mrω2时，物体将沿切线和圆周之间的某条曲线运动，离圆心越来越远，如图所示。 如在旋转的平台上滴几滴墨水，平台转动较慢时，墨水能随转台做匀速圆周运动，当平台达到一定的转速时，墨水滴将做逐渐远离圆心的运动。 物体做离心运动的条件是：合外力突然消失或者不足以提供圆周运动所需的向心力。 ② 离心运动 做匀速圆周运动的物体，在所受合外力突然消失或者不足以提供圆周运动所需的向心力的情况下，就做逐渐远离圆心的运动，这种运动叫做离心运动。 （2）离心运动的应用和防止 ①离心运动的应用 离心干燥器 把一块湿布放在离心干燥器的金属网笼里，网笼转得比较慢时，水滴跟物体的附着力F足以提供所需的向心力，使水滴做圆周运动。当网笼转得比较快时，附着力F不足以提供所需的向心力时，水滴就做离心运动，穿过网孔，飞到网笼外面。 离心运动有很多应用。例如，洗衣机脱水时利用离心运动把附着在物体上的水分甩掉；纺织厂也用这样的方法使棉纱、毛线、纺织品干燥。 在炼钢厂中，把熔化的钢水浇入圆柱形模子，模子沿圆柱的中心轴线高速旋转，钢水由于离心运动趋于周壁，冷却后就形成无缝钢管。水泥管道和水泥电线杆也可采用这种离心制管技术。 离心沉淀器 体温计盛水银的玻璃泡上方有一段非常细的縮口，测定体温后，升到縮口上方的水银柱因受縮口的阻力不能自动縮回玻璃泡内，在医院里将许多用过的体温计装入水袋内放在离心机上，转动离心机，可把水银柱甩回到玻璃泡内。当离心机转得比较慢时，縮口的阻力F足以提供所需的向心力，縮口上方的水银柱做圆周运动；当离心机转得很快时，阻力F不足以提供所需的向心力，水银柱做离心运动而进入玻璃泡内。在日常生活中我们通常是用手将体温计中的水银柱甩入玻璃泡内。 试管里的悬浊'液沉淀较慢，为了加速沉淀，也可把试管装入离心机，利用离心运动的原理使其中的不溶微粒加速沉淀。小朋友都爱吃“棉花糖〃，它的制做方法也应用了离心运动的原理。 ②离心运动的防止 A．车辆转弯时要限速 离心运动有时也会带来危害。在水平公路上行驶的汽车，转弯时所需的向心力是由车轮与路面间的静摩擦力提供的。如果转弯时速度过大，所需向心力F很大，大于最大静摩擦力Fmax，汽车将做离心运动而造成交通事故。因此，在公路弯道，车辆不允许超过规定的速度。 B．转动的砂轮和飞轮要限速 高速转动的砂轮和飞轮等，都不得超过允许的最大转速，如果转速过高，砂轮和飞轮内部分子间的相互作用力不足以提供所需的向心力时，离心运动会使它们破裂，甚至酿成事故。 【最后利用练习册带领学生分析绳模型和杆模型】 分析火车转弯可看做什么样的运动？ 车轮设计成这样有何好处？ 1．若火车转弯时的速率v＞v0，火车的哪一侧轮缘与轨道之间产生挤压？若火车转弯时的速率v＜v0，火车的哪一侧轮缘与轨道之间产生挤压？ 2、从这个例子我们再一次看出，向心力是按效果命名的力，任何一个力或几个力的合力，只要它的作用效果是使物体产生向心加速度，它就是物体所受的向心力。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，还要再受一个向心力，那就不对了。 ①试分析，当汽车的速度不断增大时，会发生什么现象？ 由知，当速度v增大到一定值时，FN＝0，此时v0＝。若速度再增大，汽车将脱离桥面。 ②地球可以看做一个巨大的拱形桥 由此可以看出，汽车对桥的压力大于汽车的重量mg，而且汽车的速度越大，汽车对桥的压力越大。 带领学生学会专业术语：“用不掉”和“不够用”的使用
自主学习 自学检测 1、火车转弯可近似看成是做匀速圆周运动．当火车以规定速度通过时，内外轨道均不受侧向挤压．现要降低火车转弯时的规定速度，须对铁路进行改造，从理论上讲以下措施可行的是 A．减小内外轨的高度差 B．增加内外轨的高度差 C．减小弯道半径 D．增大弯道半径 根据学生课堂自学的成果，评估学生对第一个模型的学习情况。
同伴互学 教师点拨 1、如下图所示，用长为L的细绳拴着质量为m的小球在竖直平面内做圆周运动，则下列说法中正确的是( ) A．小球在圆周最高点时所受的向心力一定为重力 B．小球在最高点时绳子的拉力不可能为零 C．若小球刚好能在竖直平面内做圆周运动，则其在最高点的速率为 D．小球过最低点时绳子的拉力一定大于小球重力 2、如图所示,光滑的水平面上,小球m在拉力F的作用下做匀速圆周运动,若小球到达B点时F突然发生变化,下列关于小球的运动的说法正确的是( ) A．F突然消失,小球将沿Ba轨迹做离心运动 B． F突然变小,小球将沿轨迹Ba做离心运动 C．F突然变小,小球将沿轨迹Bc做向心运动 D．F突然变大,小球将沿轨迹Bb做离心运动 能清楚认识圆周运动运动所需的向心力条件分析。
当堂练检 总结提升 1、在高速公路的拐弯处，通常路面都是外高内低。如图所示，在某路段汽车向左拐弯，司机左侧的路面比右侧的路面低一些。汽车的运动可看作是做半径为R的在水平面内的圆周运动。设内外路面高度差为h，路基的水平宽度为d，路面的宽度为L．已知重力加速度为g。要使车轮与路面之间的横向摩擦力（即垂直于前进方向）等于零，则汽车转弯时的车速应等于（　　） A． B． C． D． 2、当汽车通过拱桥顶点的速度为10m/s时，车对桥顶的压力为车重的3/4，如果要使汽车在粗糙的桥面行驶至桥顶时，不受摩擦力作用，则汽车通过桥顶的速度应为（ ） A．15m/s B．20m/s C．25m/s D．30m/s 帮助学生理解做匀速圆周运动的条件及各巩固所学的模型分析
教学反思 根据课堂反馈，及时调整教学方向。
作业布置 完成课后习题 完成练习册课堂检测部分