高中物理必修二教案-5.7生活中的圆周运动2-人教版

第五章 第七节 生活中的圆周运动
【学习重点】火车过弯道时向心力的分析、汽车过凹形桥和拱形桥和的分析
【学习难点】火车过弯道时向心力的分析
【学习目标】
1 知识与技能 ：了解火车轮缘的特点掌握火车转弯的技术内涵；理解凹形桥和拱形桥的用 途与开车过桥时应注意的实际问题。
2 过程与方法：通过课堂实物模型展示激发学生学习兴趣，引导学生多动手、多思考、善于自发建立物理模型
3 情感态度价值观：体会物理知识来源于生活更能指导人类更好的生活
【新课引入】
在我们的日常生活中可以见到很多与圆周运动有关的问题，钟摆的指针、旋转的齿轮、过圆轨道的过山车、火车转弯、汽车过拱形桥……
火车在转弯时，若内外轨是等高的，铁轨如何对火车提供水平方向的向心力？
汽车过拱形桥最高点和凹形桥最低点时竖直方向受力是怎样的？什么力提供了向心力
【新课教学】
一 火车转弯
问题1、若火车速度为30m/s，弯道的半径R=900m，火车的质量m=8×105kg，转弯时轮缘对轨道侧向的弹力为多大？
（通过自制火车过弯道模型来突破难点，学生参与展示火车的车轮特点以及火车如何过弯道）
问题2、如果轮缘与外轨间的相互作用力太大，铁轨和车轮就会受损，如果你是铁路专家,你该如何解决上面这个问题？根据三角函数表求出铁轨的倾角。(g=9.8m/s2)
角度/度
正切值
5.5
0.0963
5.6
0.0981
5.7
0.0998
5.8
0.1016
5.9
0.1033
6.0
0.1051
6.1
0.1069
6.2
0.1086
通过该题学生更加深刻的理解火车转弯时轨道为何要倾斜以及倾斜的程度。
【思考与讨论】
火车轨道在转弯处外轨高于内轨，其高度差由转弯半径与火车速度确定。若在某转弯处规定行驶速度为v，则下列说法中正确的是（ ）①当以速度v通过此弯路时，火车重力与轨道面支持力的合力恰好提供所需的向心力②当以速度v通过此弯路时，火车重力、轨道面支持力和外轨对轮缘弹力的合力提供向心力③当速度大于v时，轮缘挤压外轨 ④当速度小于v时，轮缘挤压外轨A. ①③ B. ①④ C. ②③ D. ②④
二 汽车过凹形桥
问题3、质量为m的汽车在凹形桥上以速度v行驶，若桥面的圆弧半径为R，分析汽车通过凹形桥最低点时对桥的压力。汽车对桥的压力比汽车的重力大些还是小些?
（通过模型演示，学生自行体会汽车汽车过凹形桥时的特点）
学有所用：一四轮客车载客后总质量为8000kg,在水平路面匀速行驶时每个车轮承受的平均压力为多大？若每个车轮所受压力超过40000N时就会爆裂，那么当该车经过半径为10m的凹形桥最低点时，车速不应超过多少？（g=10m/s2)
三 汽车过拱形桥
问题4、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，分析汽车通过桥的最高点时对桥的压力。汽车对桥的压力比汽车的重力大些还是小些?
【思考与讨论】
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？……
【巩固练习】
1、有一辆质量为800kg的小汽车驶上圆弧半径为50m的拱桥。
（1）汽车到达桥顶时速度为5m/s，汽车对桥的压力是多大？
（2）汽车以多大速度经过桥顶时恰好对桥没有压力而腾空？
（3）汽车对地面的压力过小是不安全的，从这个角度讲，汽车过桥时的速度不能过大。对于同样的车速，拱桥圆弧的半径大些比较安全，还是小些比较安全？
（4）如果拱桥的半径增大到与地球半径R一样，汽车要在桥面上腾空，速度要多大？（近似计算，取g=10m/s2,R=6400km）
【课堂小结】
【板书设计】
一 火车转弯
水平转弯分析
倾斜弯道的分析
二 汽车过凹形桥
受力分析与方程
学有所用
三 汽车过拱形桥
受力分析与方程