6.4 生活中的圆周运动 教案
文档属性
| 名称 | 6.4 生活中的圆周运动 教案 |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 686.1KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2021-03-25 21:00:22 | ||
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文档简介
第6章 圆周运动
第4节 生活中的圆周运动
教学内容分析
《生活中的圆周运动》是《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》必修课程必修2模块中“曲线运动与万有引力定律”主题下的内容，课程标准要求为：能用牛顿第二定律分析匀速圆周运动的向心力。了解生产和生活中的离心现象及其产生的原因.本节教材通过丰富的实例，让学生通过受力分析、运动分析建立圆周运动模型，教材选择与生活联系紧密，学生容易观察到的火车转弯、汽车过拱形桥和凹形桥等例子。航天事业快速发展，学生对航天器中的现象有丰富的感性认识，教材安排分析航天器中的完全失重状态和离心现象.本节案例丰富，通过对这些现象的分析，逐步掌握处理圆周运动的基本方法，确立圆周运动的轨迹、半径和圆心等物理量，根据圆心位置确定向心加速度方向，根据受力分析，确定向心力来源，建立力与运动联系的方程，培养学生的物理建立模型能力.
学情分析
学生在第2节已经学习过向心力，理解做圆周运动的物体受到的合力指向圆心，提供向心力，具备足够的理论知识，本节重点是运用是理论知识分析生活中的圆周运动.在生活中有大量的圆周运动现象，例如游乐场中的旋转木马，过山车等.学生所了解的这些现象，丰富的体验是很好的教学资源，让学生建构起物理模型，用所学知识具体分析各种圆周现象，不仅能加深对理论知识的认识，更能解释这些现象，加强学生对物理与生活紧密联系的认识.
教学目标
学生能根据所学知识分析生活中的各种圆周运动现象，体会模型建构的方法.
学生知道航天器中的失重现象
学生观察生活中的离心现象，知道离心运动产生的原因，了解离心运动的在生活中的应用和所带来的危害.
教学重难点
教学重点：运用圆周运动知识解释生活中的圆周运动现象
教学难点：将圆周运动现象建构物理模型，分析求解具体问题
教学方法：讲授法、演示实验、启发式教学
教学过程
新课引入
圆周运动是一种常见的运动形式，在生活中有广泛的应用.
游乐场“飞椅” 拱形桥
本节运用圆周运动知识分析生活中的圆周现象.
新课教学
1.汽车过拱形桥
投影赵州桥和玉带桥图片：
赵州赵县赵州桥 颐和园玉带桥
问题1：你观察生活中的桥吗？它们是什么形状？
问题2：我国古代桥梁大都是拱形桥，这种设计有何好处？物理原理是什么？
问题3：拱形桥是圆弧形吗？车在桥梁上行走，轨迹是圆周吗？如果不是，如何解决？
问题4：将拱形桥视作半径为R的圆弧，车辆通过最高点时速度为v。汽车受到的支持力FN和重力相等吗？二力有何关系？
拱形桥 凹形桥
问题5：汽车对桥面的压力比车的重力大还是小？你是如何判断的？
问题6：如果是凹形桥，汽车对车的压力是大于车的重力还是小于车的重力？
问题7：从物理角度分析，你认为拱形桥设计相对于凹形桥有何优点？
对拱形桥，重力与弹力的合力作为向心力，
mg-FN=m
弹力为 FN=mg- m
根据牛顿第三定律，车对桥的压力为
FN’=FN= mg- m < mg
对凹形桥，可求得：FN’= mg+ m > mg
对于同样的半径、车速，拱形桥受到的压力较小，桥的使用寿命更长.
2.铁路的弯道
铁路是国家重要基础设施，发挥重要作用。铁路轨道一般都是弯道，在火车转弯时，每一段弯道可视为一小段圆弧，火车在较短时间内的运动可视为水平面内的圆周运动.
铁路弯道 车轮的突出边缘
问题1：若两条轨道在同一水平面内，火车转弯的向心力由什么力提供？
问题2：路轨对车轮的弹力提供向心力，会产生什么影响？有何危害？
问题3：如何设计铁路轨道能降低对铁轨的破坏作用？
为保护铁轨，设计时让外轨高于内轨，铁轨对火车的支持力FN不在竖直方向上，斜向弯道的内侧，与重力mg的合力指向圆心，为火车转弯提供一部分向心力，减轻轮缘与外轨间的挤压.
问题4：火车行驶时，弯曲轨道的半径为R.若FN与mg的合力提供向心力，火车转弯时的速度是多少？
mgtanθ=m → v=
问题5：若火车行驶的速度大于问题4中的速度，铁轨对火车有作用力吗？
火车会挤压外轨，外轨对火车产生一个沿路基侧面方向的作用力F，设向心加速度为an.
将向心加速度沿铁轨方向和垂直铁轨方向正交分解，有
F+mgsinθ=mancosθ
mgcosθ-FN=mansinθ
问题6：若小于上述速度，铁轨对火车的作用力又如何？
火车挤压内外，内外对火车产生一个沿路基侧面方向的作用力，使得合力刚好等于向心力.
3.离心运动
情境1 演示实验 物体在圆盘上绕轴转动
问题1：物体做匀速圆周运动的向心力由什么力提供？
问题2：角速度逐渐增大，物体受到的静摩擦力大小如何变化？
问题3：当转盘角速度很大时，发生什么现象？
情境2 用手拉着细绳使小球在竖直平面内做圆周运动，某时刻释放细绳，绳对小球的拉力突然变为零.释放细绳后，小球如何运动？(PPT播放动态图片)
当合力突然消失，物体沿原来的速度方向做直线运动；合力小于向心力时，物体做逐渐远离圆心的运动，这种运动称为离心运动。
离心运动的应用
洗衣机脱水
离心机
离心运动的危害
问题1：骑电动车转弯过十字路口时，你会采取什么措施？为什么？
问题2：为什么车速过大时，电动车会倾倒？
问题3：电动车转弯时，轨迹上的一小段可视为半径为R的圆弧，视为圆周运动。转弯时什么力提供向心力？
课堂小结：1.汽车过拱形桥
FN’=FN=mg-m
2.火车转弯：外轨高于内轨
3.离心运动：合力消失或合力小于向心力
作业：“练习与应用”第2题、第3题、第5题
板书设计
§ 6.4 生活中的圆周运动
2992755101600汽车过拱形桥
mg-FN=m FN=mg- m
火车转弯
对轨道无侧向弹力 mgtanθ=m
离心运动：合力消失或合力小于向心力
教学反思
汽车过拱形桥和凹形桥问题的关键是找到圆周运动的圆心，不少学生无法找到圆心的位置，导致对桥的压力和车的重力关系认识错误.火车转弯问题，很多学生认识火车的轨迹不是圆周，无法用圆周运动知识分析，应引导学生认识到很短的曲线可视为一小段圆弧，了解一般曲线运动的处理方法，对于火车转弯问题，可引深分析车速过大或过小时对外轨和内轨的挤压状态.
第4节 生活中的圆周运动
教学内容分析
《生活中的圆周运动》是《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》必修课程必修2模块中“曲线运动与万有引力定律”主题下的内容，课程标准要求为：能用牛顿第二定律分析匀速圆周运动的向心力。了解生产和生活中的离心现象及其产生的原因.本节教材通过丰富的实例，让学生通过受力分析、运动分析建立圆周运动模型，教材选择与生活联系紧密，学生容易观察到的火车转弯、汽车过拱形桥和凹形桥等例子。航天事业快速发展，学生对航天器中的现象有丰富的感性认识，教材安排分析航天器中的完全失重状态和离心现象.本节案例丰富，通过对这些现象的分析，逐步掌握处理圆周运动的基本方法，确立圆周运动的轨迹、半径和圆心等物理量，根据圆心位置确定向心加速度方向，根据受力分析，确定向心力来源，建立力与运动联系的方程，培养学生的物理建立模型能力.
学情分析
学生在第2节已经学习过向心力，理解做圆周运动的物体受到的合力指向圆心，提供向心力，具备足够的理论知识，本节重点是运用是理论知识分析生活中的圆周运动.在生活中有大量的圆周运动现象，例如游乐场中的旋转木马，过山车等.学生所了解的这些现象，丰富的体验是很好的教学资源，让学生建构起物理模型，用所学知识具体分析各种圆周现象，不仅能加深对理论知识的认识，更能解释这些现象，加强学生对物理与生活紧密联系的认识.
教学目标
学生能根据所学知识分析生活中的各种圆周运动现象，体会模型建构的方法.
学生知道航天器中的失重现象
学生观察生活中的离心现象，知道离心运动产生的原因，了解离心运动的在生活中的应用和所带来的危害.
教学重难点
教学重点：运用圆周运动知识解释生活中的圆周运动现象
教学难点：将圆周运动现象建构物理模型，分析求解具体问题
教学方法：讲授法、演示实验、启发式教学
教学过程
新课引入
圆周运动是一种常见的运动形式，在生活中有广泛的应用.
游乐场“飞椅” 拱形桥
本节运用圆周运动知识分析生活中的圆周现象.
新课教学
1.汽车过拱形桥
投影赵州桥和玉带桥图片：
赵州赵县赵州桥 颐和园玉带桥
问题1：你观察生活中的桥吗？它们是什么形状？
问题2：我国古代桥梁大都是拱形桥，这种设计有何好处？物理原理是什么？
问题3：拱形桥是圆弧形吗？车在桥梁上行走，轨迹是圆周吗？如果不是，如何解决？
问题4：将拱形桥视作半径为R的圆弧，车辆通过最高点时速度为v。汽车受到的支持力FN和重力相等吗？二力有何关系？
拱形桥 凹形桥
问题5：汽车对桥面的压力比车的重力大还是小？你是如何判断的？
问题6：如果是凹形桥，汽车对车的压力是大于车的重力还是小于车的重力？
问题7：从物理角度分析，你认为拱形桥设计相对于凹形桥有何优点？
对拱形桥，重力与弹力的合力作为向心力，
mg-FN=m
弹力为 FN=mg- m
根据牛顿第三定律，车对桥的压力为
FN’=FN= mg- m < mg
对凹形桥，可求得：FN’= mg+ m > mg
对于同样的半径、车速，拱形桥受到的压力较小，桥的使用寿命更长.
2.铁路的弯道
铁路是国家重要基础设施，发挥重要作用。铁路轨道一般都是弯道，在火车转弯时，每一段弯道可视为一小段圆弧，火车在较短时间内的运动可视为水平面内的圆周运动.
铁路弯道 车轮的突出边缘
问题1：若两条轨道在同一水平面内，火车转弯的向心力由什么力提供？
问题2：路轨对车轮的弹力提供向心力，会产生什么影响？有何危害？
问题3：如何设计铁路轨道能降低对铁轨的破坏作用？
为保护铁轨，设计时让外轨高于内轨，铁轨对火车的支持力FN不在竖直方向上，斜向弯道的内侧，与重力mg的合力指向圆心，为火车转弯提供一部分向心力，减轻轮缘与外轨间的挤压.
问题4：火车行驶时，弯曲轨道的半径为R.若FN与mg的合力提供向心力，火车转弯时的速度是多少？
mgtanθ=m → v=
问题5：若火车行驶的速度大于问题4中的速度，铁轨对火车有作用力吗？
火车会挤压外轨，外轨对火车产生一个沿路基侧面方向的作用力F，设向心加速度为an.
将向心加速度沿铁轨方向和垂直铁轨方向正交分解，有
F+mgsinθ=mancosθ
mgcosθ-FN=mansinθ
问题6：若小于上述速度，铁轨对火车的作用力又如何？
火车挤压内外，内外对火车产生一个沿路基侧面方向的作用力，使得合力刚好等于向心力.
3.离心运动
情境1 演示实验 物体在圆盘上绕轴转动
问题1：物体做匀速圆周运动的向心力由什么力提供？
问题2：角速度逐渐增大，物体受到的静摩擦力大小如何变化？
问题3：当转盘角速度很大时，发生什么现象？
情境2 用手拉着细绳使小球在竖直平面内做圆周运动，某时刻释放细绳，绳对小球的拉力突然变为零.释放细绳后，小球如何运动？(PPT播放动态图片)
当合力突然消失，物体沿原来的速度方向做直线运动；合力小于向心力时，物体做逐渐远离圆心的运动，这种运动称为离心运动。
离心运动的应用
洗衣机脱水
离心机
离心运动的危害
问题1：骑电动车转弯过十字路口时，你会采取什么措施？为什么？
问题2：为什么车速过大时，电动车会倾倒？
问题3：电动车转弯时，轨迹上的一小段可视为半径为R的圆弧，视为圆周运动。转弯时什么力提供向心力？
课堂小结：1.汽车过拱形桥
FN’=FN=mg-m
2.火车转弯：外轨高于内轨
3.离心运动：合力消失或合力小于向心力
作业：“练习与应用”第2题、第3题、第5题
板书设计
§ 6.4 生活中的圆周运动
2992755101600汽车过拱形桥
mg-FN=m FN=mg- m
火车转弯
对轨道无侧向弹力 mgtanθ=m
离心运动：合力消失或合力小于向心力
教学反思
汽车过拱形桥和凹形桥问题的关键是找到圆周运动的圆心，不少学生无法找到圆心的位置，导致对桥的压力和车的重力关系认识错误.火车转弯问题，很多学生认识火车的轨迹不是圆周，无法用圆周运动知识分析，应引导学生认识到很短的曲线可视为一小段圆弧，了解一般曲线运动的处理方法，对于火车转弯问题，可引深分析车速过大或过小时对外轨和内轨的挤压状态.