2019_2020学年高中物理第六章圆周运动第四节生活中的圆周运动教案新人教版必修第二册

生活中的圆周运动
教学设计
科目
物理
课题
生活中的圆周运动
课时
1课时
教学目标与核心素养
一．知识与技能1.
能定性分析火车外轨比内轨高的原因；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；2.
知道离心运动及其产生条件，了解离心运动的防止和应用；二．过程与方法1.通过定性分析火车外轨比内轨高的原因，提高学生的分析和概括能力；2.经历科学探究的过程，体验科学探究的思维方法，培养学生观察、分析的能力。情感态度与价值观1.通过定性定量分析火车转弯、汽车过拱形桥问题，培养他们谦虚好学的思想和实事求是的态度。2.培养学生应用数学方法解决物理问题的科学思维方法，培养学生的创造性思维过程以及初步的观察、分析和概括能力。
教学重、难点
教学重点：1.
火车转弯的向心力来源以及汽车转弯的向心力；2.
对于离心运动实质的理解以及物体做离心运动的条件。教学难点：1.
汽车过拱形桥、凹形桥时的受力分析，理解向心力是某几个力的合力提供的；
2.
离心运动的受力特点；离心运动的防止与应用。
教学准备
课件演示
教学过程
教师活动
学生活动
设计意图
导入新课：在铁路弯道处，稍微留意一下，就能发现内、外轨道的高度略有不同。你能解释其中的原因吗?
【教师提出问题】圆周运动是一种常见的运动形式，在生活中有着广泛的应用，那么生活中的应用都有哪些呢？讲授新课：（1）水平面内的匀速圆周运动——火车转弯【教师引导提问】通过前面的学习，我们已经知道，圆周运动向心力、向心加速度的大小和方向。火车转弯时实际在做圆周运动，因而具有向心加速度。是什么力使它产生向心加速度？【教师引导】如图，与汽车轮胎不同的是，火车的轮胎上有突出的轮缘。
【学生讨论】小组讨论，共同分析【教师补充】如果铁路弯道的内外轨一样高，火车转弯时，外侧车轮的轮缘挤压外轨，使外轨发生弹性形变，外轨对轮缘的弹力是火车转弯所需向心力的主要来源(图6.4-2)。但是，火车质量太大，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。
如果在弯道处使外轨略高于内轨(图6.4-3)，火车转弯时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，它与重力G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间的挤压。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G和支持力的合力来提供。
【教师总结】火车车轮的特点火车的车轮有突出的轮缘，火车在铁轨上运行时，车轮和铁轨有水平与竖直两个接触面，这种结构特点，主要是避免火车运行时脱轨。【教师引导思考】高速公路转弯处和场地自行车比赛的赛道，路面往往有一定的倾斜度。说一说这样设计的原因。【学生讨论】小组讨论，发言【教师总结】高速公路转弯处和场地自行车比赛的赛道，路面有一定的倾斜度，使汽车或者自行车重力的分力提供一部分向心力，这样就减小了汽车或自行车所受地面的摩擦力。（2）竖直平面内的圆周运动——汽车过拱形桥【教师提问】那么，我们知道了火车转弯的向心力来源，汽车过桥的向心力来源又要怎样判断？【教师引导】汽车过拱形桥时的运动也可以看作圆周运动。质量为m的汽车在拱形桥上以速度v前进，设桥面的圆弧半径为r，我们来分析汽车通过桥的最高点时对桥的压力。【思考与讨论】选汽车为研究对象。分析汽车所受的力如图，如果知道了桥对汽车的支持力，桥所受的压力也就知道了。
汽车在竖直方向受到重力G和桥的支持力，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，故合力为当汽车通过桥的最高点时，根据牛顿第二定律F=ma，有所以由此解出桥对车的支持力【教师总结】汽车的速度越大，汽车对桥的压力越小。【课下思考】汽车过凹形桥的分析（3）航天器中的失重现象【分析思考】除了地球引力外，航天员还可能受到飞船座舱对他的支持力。引力与支持力的合力为他提供了绕地球做匀速圆周运动所需的向心力。【教师总结】当时座舱对宇航员的支持力为零，航天员处于完全失重状态。（4）离心运动【教师提问】做圆周运动的物体，由于惯性，总有沿着切线方向飞出去的倾向。但是物体没有飞出去，这是因为向心力在拉着它，使它与圆心的距离保持不变。一旦向心力突然消失，物体就会如何运动？【教师引导】合力不足以提供向心力时，也会发生相同的情况。举例生活中例子。【教师总结】向心力突然消失，物体虽然会沿切线飞去；合力不足以提供向心力时，物体会逐渐远离圆心。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。【教师补充】离心运动的危害1、汽车转弯时，速度过大，汽车将做离心运动而造成的事故；2、砂轮转速不允许超过最大转速。课堂练习：1、下列哪些现象是利用离心现象（
）A.汽车转弯时要限制速度B.转速很大的砂轮半径做得不能太大C.在修建铁路时，转弯处内轨要低于外轨D.工作的洗衣机脱水桶转速很大答案：D2、如图,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,如果要使汽车在桥面行驶至桥顶时,对桥面的压力为零,则汽车通过桥顶的速度应为(
)A.15m/s????
B.20m/s??????C.25m/s?????D.30m/s答案：B3、如图所示为某列火车在转弯处的轨道,已知轨道的倾角为θ,转弯半径为r,重力加速度为g，下列表述正确的是(
)
A.转弯处的速度大小为时,车轮与内轨相互挤压B.转弯处的速度大于时,车轮与内轨相互挤压C.
转弯处的速度大小为时,轨道对火车的支持力大小为D.
转弯处的速度大于时,轨道对火车的支持力大小为答案：C4、关于如图
a、b、c、d所示的四种圆周运动模型，说法正确的是(
)A．如图a所示，汽车安全通过拱桥最高点时，车对桥面的压力大于车的重力B．如图b所示，在固定圆锥筒内做匀速圆周运动的小球，受重力、弹力和向心力C．如图c所示，轻质细杆一端固定一小球，绕另端O在竖直面内做圆周运动，在最高点小球所受合力可能为零D．如图d所示，火车以某速度经过外轨高于内轨的弯道时，车轮可能对内外轨均无侧向压力答案：CD5、航天飞机绕地球做匀速圆周运动时，飞机上的物体处于失重状态，是指这个物体(
)A．不受地球的吸引力B．受到地球吸引力和向心力平衡C．不受重力作用D．受到的地球引力提供了物体做圆周运动的向心力答案：D
学生观察图片思考讨论学生经过老师引导，思考火车的轮胎上突出的轮缘的作用需要学生理解分析小组间讨论设计意图，并且用物理知识解答说明通过思考与讨论，正确的理解向心力是按照效果命名的力，是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理解离心运动的原因，清楚离心运动在生活中的利弊学生练习学生练习
通过生活中常见知识，激发学生的学习兴趣，引出本节课题通过联系之前已知的知识，思考火车转弯时向心力的来源锻炼学生的独立思考的能力学会举一反三，联系实际分析物体的受力情况引导学生自主总结了解失重现象锻炼学生的理解和解决实际的能力，掌握常见离心运动在生活中的应用巩固本节知识巩固本节知识
板书设计
§6.4
离心运动水平面内的匀速圆周运动——火车转弯竖直平面内的圆周运动——汽车过拱形桥航天器中的失重现象离心运动1、实质2、条件3、特点
教学后记
引导学生对本节多学知识进行自主交流探究，根据学生表述，查漏补缺，并有针对性地进行讲解补充。
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