【核心素养】6.4 生活中的圆周运动教案
文档属性
| 名称 | 【核心素养】6.4 生活中的圆周运动教案 |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 449.2KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2025-08-05 21:25:36 | ||
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文档简介
生活中的圆周运动
“圆周运动”为物理必修2曲线运动中的内容，是直线运动知识的拓展，也是曲线运动知识的深入研究。本节课中，根据圆周运动的自身的特点，引入了线速度、角速度、转速和周期的概念，这些概念的学习是本章的重点，也是后面几节向心加速度、向心加速度和向心力学习的基础，同时为学习带电粒子在电磁场中运动打下基础。此外，匀速圆周运动与我们日常生活、生产、科学研究有着密切的联系，因此学习这部分有重要的意义，本教案主要针对向心力在生活中的应用。
【教学目标】
1、物理观念
①在变速圆周运动中，能用向心力和向心加速度的公式求最高点和最低点的向心力和向心加速度。培养综合应用物理知识解决问题的能力。
②会在具体问题中分析向心力的来源。
③掌握应用牛顿运动定律解决匀速圆周运动问题的一般方法，会处理水平面、竖直面的问题．
④掌握离心现象的定义以及在生活中的运用。
2．科学探究
通过向心力的实例分析，体会向心力的来源，并能结合具体情况求出相关的物理量。关注匀速圆周运动在生活生产中的应用。
3、科学态度与责任
通过解决生活、生产中圆周运动的实际问题，养成仔细观察、善于发现、勤于思考的良好习惯。
【教学重点】
1、掌握匀速圆周运动的向心力公式及与圆周运动有关的几个公式
2、能用上述公式解决有关圆周运动的实例
【教学难点】
理解做匀速圆周运动的物体受到的向心力是由某几个力的合力提供的，而不是一种特殊的力。
【教学方法】
讲授法、分析归纳法、推理法
【教学工具】
PPT,多媒体辅助教学设备等
【教学过程】
一、引入新课
教师活动圆周运动知识点（提问）
1 描述匀速圆周运动快慢的各个物理量及其相互关系。
② 匀速圆周运动的特征？合力就是向心力，产生向心加速度只改变物体速度的方向，方向始终指向圆心；速度大小不变，方向时刻改变；加速度大小不变，方向时刻改变；大小，圆周运动的模型
③匀速圆周运动的物体力学特点合力是向心力，向心力是怎样产生的？分析以下几种情况的受力情况。
二、新课内容
播放赛车过弯道的和上坡的视频，请学生注意观察并思考以下问题。
问题1：赛车转弯的路段，为何设计成外侧路面高于内侧轨道？
问题2：上坡的时候，高速行驶的赛车为何能够飞起来了？
针对问题1的实际分析：
(一) 水平面内的匀速圆周运动（骑车转弯问题）
（1）如图：骑车时水平路面对人的支持力竖直向上，重力竖直向下，由路面给车的摩擦力来提供向心力使其转弯。
①动力学方程：根据牛顿第二定律，。
(二)倾斜路面内的匀速圆周运动（骑车转弯问题）
（1）如图：当外轨比内轨高时，路面对人的支持力不再是竖直向上，和重力的合力可以提供向心力，最佳情况是向心力恰好由支持力和重力的合力提供，可以减缓汽车高速形式侧滑的趋势。
①受力分析：如图所示火车受到的支持力和重力的合力的水平指向圆心，成为使火车拐弯的向心力．
②动力学方程：根据牛顿第二定律得 ,其中r是转弯处轨道的半径，v是没有侧滑趋势的最佳速度。
③分析结论：解上述方程可知。
综上所述：内侧高于外侧能够提供更大的向心力，方便高速运动物体转弯。
针对问题2的实际分析：
例1: 质量为m的汽车在拱形桥上以速度v行驶，若桥面的圆弧半径为R，当汽车通过桥的最高点时，试画出汽车受力分析图，哪些力提供了向心力？桥对汽车的支持力多大？
解析：重力和支持力的合力提供向心力，由重力减去支持力，且速度越大支持力越小。
例2：质量为m的汽车在拱形桥上以速度v行驶，若桥面的圆弧半径为R，当汽车通过桥的最低点时，试画出汽车受力分析图，哪些力提供了向心力？桥对汽车的支持力多大？
解析：重力和支持力的合力提供向心力，由支持力减去重力，且速度越大支持力越大
（三）通过凸形桥支持力和向心力之间的关系引入离心现象
(1)离线现象的的定义：做圆周运动的物体，在所受向心力突然消失，或者不足以提供圆周运动所需的向心力的情况下，产生的逐渐远离圆心移动的物理现象。
（2）如图所示，物体做圆周运动是离心运动还是近心运动，由实际提供的向心力Fn与所需向心力的大小关系决定：
①若“提供”满足“需要”，物体做匀速圆周运动．
②若“提供”大于“需要”，物体做半径变小的近心运动．其轨迹为曲线
③若“提供”不足，物体逐渐远离圆心做离心运动．
④当Fn=0时，物体沿切线方向飞出，其轨迹为直线
（3）利用离心现象来解释为何在上坡的时候，高速行驶的赛车为何汽车飞起来了？并同理解析为何汽车转弯时候要减速。
（4）离心现象的应用：滚筒洗衣机，离心机等。
（5）离心现象的危害：转弯减速，离心轮脱轨等。
（四）课堂作业
请同学来完成，教师进行适当补充
通过本节课的学习，同学们对正确判断向心力的来源有了更清晰的认识，从而我们可以引用牛顿第二定律更加从容的解决圆周运动的问题。
（五）课后练习
1、观察铁轨和火车车轮的结构，分析火车转弯时候火车的受力情况，以及分析向心力的来源。
2、临界速度的计算，并分析速度满足何种条件时，火车挤压内轨或者挤压外轨。
“圆周运动”为物理必修2曲线运动中的内容，是直线运动知识的拓展，也是曲线运动知识的深入研究。本节课中，根据圆周运动的自身的特点，引入了线速度、角速度、转速和周期的概念，这些概念的学习是本章的重点，也是后面几节向心加速度、向心加速度和向心力学习的基础，同时为学习带电粒子在电磁场中运动打下基础。此外，匀速圆周运动与我们日常生活、生产、科学研究有着密切的联系，因此学习这部分有重要的意义，本教案主要针对向心力在生活中的应用。
【教学目标】
1、物理观念
①在变速圆周运动中，能用向心力和向心加速度的公式求最高点和最低点的向心力和向心加速度。培养综合应用物理知识解决问题的能力。
②会在具体问题中分析向心力的来源。
③掌握应用牛顿运动定律解决匀速圆周运动问题的一般方法，会处理水平面、竖直面的问题．
④掌握离心现象的定义以及在生活中的运用。
2．科学探究
通过向心力的实例分析，体会向心力的来源，并能结合具体情况求出相关的物理量。关注匀速圆周运动在生活生产中的应用。
3、科学态度与责任
通过解决生活、生产中圆周运动的实际问题，养成仔细观察、善于发现、勤于思考的良好习惯。
【教学重点】
1、掌握匀速圆周运动的向心力公式及与圆周运动有关的几个公式
2、能用上述公式解决有关圆周运动的实例
【教学难点】
理解做匀速圆周运动的物体受到的向心力是由某几个力的合力提供的，而不是一种特殊的力。
【教学方法】
讲授法、分析归纳法、推理法
【教学工具】
PPT,多媒体辅助教学设备等
【教学过程】
一、引入新课
教师活动圆周运动知识点（提问）
1 描述匀速圆周运动快慢的各个物理量及其相互关系。
② 匀速圆周运动的特征？合力就是向心力，产生向心加速度只改变物体速度的方向，方向始终指向圆心；速度大小不变，方向时刻改变；加速度大小不变，方向时刻改变；大小，圆周运动的模型
③匀速圆周运动的物体力学特点合力是向心力，向心力是怎样产生的？分析以下几种情况的受力情况。
二、新课内容
播放赛车过弯道的和上坡的视频，请学生注意观察并思考以下问题。
问题1：赛车转弯的路段，为何设计成外侧路面高于内侧轨道？
问题2：上坡的时候，高速行驶的赛车为何能够飞起来了？
针对问题1的实际分析：
(一) 水平面内的匀速圆周运动（骑车转弯问题）
（1）如图：骑车时水平路面对人的支持力竖直向上，重力竖直向下，由路面给车的摩擦力来提供向心力使其转弯。
①动力学方程：根据牛顿第二定律，。
(二)倾斜路面内的匀速圆周运动（骑车转弯问题）
（1）如图：当外轨比内轨高时，路面对人的支持力不再是竖直向上，和重力的合力可以提供向心力，最佳情况是向心力恰好由支持力和重力的合力提供，可以减缓汽车高速形式侧滑的趋势。
①受力分析：如图所示火车受到的支持力和重力的合力的水平指向圆心，成为使火车拐弯的向心力．
②动力学方程：根据牛顿第二定律得 ,其中r是转弯处轨道的半径，v是没有侧滑趋势的最佳速度。
③分析结论：解上述方程可知。
综上所述：内侧高于外侧能够提供更大的向心力，方便高速运动物体转弯。
针对问题2的实际分析：
例1: 质量为m的汽车在拱形桥上以速度v行驶，若桥面的圆弧半径为R，当汽车通过桥的最高点时，试画出汽车受力分析图，哪些力提供了向心力？桥对汽车的支持力多大？
解析：重力和支持力的合力提供向心力，由重力减去支持力，且速度越大支持力越小。
例2：质量为m的汽车在拱形桥上以速度v行驶，若桥面的圆弧半径为R，当汽车通过桥的最低点时，试画出汽车受力分析图，哪些力提供了向心力？桥对汽车的支持力多大？
解析：重力和支持力的合力提供向心力，由支持力减去重力，且速度越大支持力越大
（三）通过凸形桥支持力和向心力之间的关系引入离心现象
(1)离线现象的的定义：做圆周运动的物体，在所受向心力突然消失，或者不足以提供圆周运动所需的向心力的情况下，产生的逐渐远离圆心移动的物理现象。
（2）如图所示，物体做圆周运动是离心运动还是近心运动，由实际提供的向心力Fn与所需向心力的大小关系决定：
①若“提供”满足“需要”，物体做匀速圆周运动．
②若“提供”大于“需要”，物体做半径变小的近心运动．其轨迹为曲线
③若“提供”不足，物体逐渐远离圆心做离心运动．
④当Fn=0时，物体沿切线方向飞出，其轨迹为直线
（3）利用离心现象来解释为何在上坡的时候，高速行驶的赛车为何汽车飞起来了？并同理解析为何汽车转弯时候要减速。
（4）离心现象的应用：滚筒洗衣机，离心机等。
（5）离心现象的危害：转弯减速，离心轮脱轨等。
（四）课堂作业
请同学来完成，教师进行适当补充
通过本节课的学习，同学们对正确判断向心力的来源有了更清晰的认识，从而我们可以引用牛顿第二定律更加从容的解决圆周运动的问题。
（五）课后练习
1、观察铁轨和火车车轮的结构，分析火车转弯时候火车的受力情况，以及分析向心力的来源。
2、临界速度的计算，并分析速度满足何种条件时，火车挤压内轨或者挤压外轨。