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高中物理必修二《生活中的圓周運動》名師教案

??高中物理必修二《生活中的圓周運動》名師教案

生活中的圓周運動1

【教學目標】

1、知識與能力

?在變速圓周運動中,能用向心力和向心加速度的公式求最高點和最低點的向心力和向心加速度。培養綜合應用物理知識解決問題的能力。

?會在具體問題中分析向心力的來源。

?掌握應用牛頓運動定律解決勻速圓周運動問題的一般方法,會處理水平面、豎直面的問題(

2(過程與方法

通過向心力的實例分析,體會向心力的來源,并能結合具體情況求出相關的物理量。關注勻速圓周運動在生活生產中的應用。

3、情感態度與價值觀

通過解決生活、生產中圓周運動的實際問題,養成仔細觀察、善于發現、勤于思

考的良好習慣。

【教學重點】

1、掌握勻速圓周運動的向心力公式及與圓周運動有關的幾個公式

2、能用上述公式解決有關圓周運動的實例

【教學難點】

理解做勻速圓周運動的物體受到的向心力是由某幾個力的合力提供的,而不是一種特殊的力。

【教學方法】

講授法、分析歸納法、推理法

【教學工具】

投影儀、CAI課件、多媒體輔助教學設備等

【教學過程】

一、引入新課

教師活動:復習勻速圓周運動知識點(提問)

? 描述勻速圓周運動快慢的各個物理量及其相互關系。

? 勻速圓周運動的特征,

合力就是向心力,產生向心加速度只改變物體速度的方向,方向始終指向圓心;

22v4,r2,,,Fmmrwm2rT

速度大小不變,方向時刻改變;

22v4,r2,,,arw2rT加速度大小不變,方向時刻改變;大小:

?勻速圓周運動的物體力學特點合力是向心力,向心力是怎樣產生的,分析以下幾種情況的受力情況。

ω

學生活動:思考并回答問題。

教師活動:傾聽學生的回答,點評、總結。

導入新課:學以致用是學習的最終目的,在生活中有很多的圓周運動。

課件展示:賽車轉彎、過山車、航天員

本節課通過幾個具體實例的探討來深入理解相關知識點并學會應用。(學習目標) 二、新課教學

(一)水平面內的勻速圓周運動(火車轉彎問題)

觀看火車過彎道的影片和火車車輪的結構的系列圖片,請學生注意觀察

問題1:請根據你所了解的以及你剛才從圖片中觀察到的情況,說一說火車的車輪結構如何,軌道結構如何,(軌道將兩車輪的輪緣卡在里面。)

問題2:如果內外軌一樣高,火車轉彎時做曲線運動,所受合外力應該怎樣,需要的向心力有那些力提供。

問題3:火車的質量很大,行駛的速度很大,如此長時間后,對軌道和列車有什么影響,如何改進才能夠使軌道和輪緣不容易損壞呢,(當內外軌一樣高時,鐵軌對火車豎直向上的支持力和火車重力平衡向心力由鐵軌外軌的輪緣的水平彈力產生(這種情況下鐵軌容易損壞(輪緣也容易損壞)

探究活動:再次展示火車轉彎時候的圖片,提醒學生觀察軌道的情況。 分析:當外軌比內軌高時,鐵軌對火車的支持力不再是豎直向上,和重力的合力可以提供向心力,可以減輕軌和輪緣的擠壓。最佳情況是向心力恰好由支持力和重力的合力提供,鐵軌的內、外軌均不受到側向擠壓的力(

?

?受力分析:如圖所示火車受到的支持力和重力的合力的水平指向圓心,成為使火車拐彎的向心力(

2v0

r ?動力學方程:根據牛頓第二定律得 mgtanθ,m

v0 其中r是轉彎處軌道的半徑,是使內外軌均不受力的最佳速度(

2v0 ?分析結論:解上述方程可知 ,rgtanθ

v0 可見,最佳情況是由、r、θ共同決定的(

當火車實際速度為v時,可有三種可能,

v0 當v,時,內外軌均不受側向擠壓的力;

v0 當v,時,外軌受到側向擠壓的力(這時向心力增大,外軌提供一部分力);

v0 當v,時,外軌受到側向擠壓的力(這時向心力減少,內軌提供一部分力)( 例1: 鐵路轉彎處的圓弧半徑是1435m,內外軌的間距為1.435m規定火車通過這里的速度是72km/h,內外軌的高度差應為多少才能使軌道不受輪緣的擠壓, 總結:物體在水平面的勻速圓周運動,從力的角度看其特點是合外力的方向一定在水平方向上,由于重力方向在豎直方向,因此物體除了重力外,至少再受到一個力,才有可能使物體產生在水平面勻速圓周運動的向心力(

思維拓展極其應用:還有哪些實例和這一模型相同,自行車轉彎,高速公路上汽車轉彎、特技摩托表演(視頻簡單演示)等等(

(二)豎直平面內的圓周運動(最高點和最低點)

( 展示圖片 拱形橋 凸形橋 平直橋)通過提問,引導學生進入狀態。

問題1:如果汽車在水平路面上勻速行駛或靜止時,在豎直方向上受力如何, 如果汽車在拱形橋頂點靜止時,橋面受到的壓力如何,

問題2:如果汽車在拱形橋上,以某一速度v通過拱形橋的最高點的時候,橋面受到的壓力如何,

?

引導學生分析受力情況,并逐步求得橋面所受壓力。

問題3:根據上式,結合前面的問題你能得出什么結論,

A(汽車對橋面的壓力小于汽車的重力mg;

B(汽車行駛的速度越大,汽車對橋面的壓力越小。

問題4:試分析如果汽車的速度不斷增大,會有什么現象發生呢,

當速度不斷增大的時候,壓力會不斷減小,當達到某一速度時,

汽車對橋面完全沒有壓力,汽車“飄離”橋面。

問題5:如果汽車的速度比臨界更大呢,汽車會怎么運動,

汽車以大于或等于臨界的速度駛過拱形橋的最高點時,汽車與橋面的相互作用力

為零,汽車只受重力,又具有水平方向的速度的,因此汽車將做平拋運動。

?

問題7:如果是凹形橋,汽車行駛在最低點時,橋面受到的壓力如何,

?

問題8:前面我們曾經學習過超重和失重現象,那么試利用“超、失重”的觀點定性分析汽車在拱形橋最高點,凹形橋的最低點分別處于哪種狀態, 總結:物體在豎直面的圓周運動,要求掌握的是在最高點和最低點的情況,從力的角度看:在最低點,物體除了重力外,還必須受到一個豎直向上的壓力(在最高點,重力可以提供同

2v0v心力,即 mg,m, , rg0r

v是最高點的臨界速度(可以是最大值,也可以是最小值),根據在最高點接觸物體的0

特點,可能再提供豎直向上的力,也可能再提供豎直向下的力,要具體情況具體分析。

:一輛滿載的卡車在起伏的公路上勻速行駛,如圖所示,由于輪胎過熱,容易爆胎。暴胎可能性最大的地段是( )

C A

B D

(三)課堂小結

請同學來完成,教師進行適當補充

通過本節課的學習,同學們對正確判斷向心力的來源有了更清晰的認識,從而我們可以引用牛頓第二定律更加從容的解決圓周運動的問題。

(四)、隨堂練習

4 質量為M=2(0×10KG的汽車以不變的速率先后駛過凹形橋面和凸形橋面,兩橋面的圓弧

5半徑為20M,如果橋面承受的壓力不得超過3(0×10N,則汽車允許的最大速率是多少,若以所求速率行駛,汽車對橋面的最小壓力是多少,最容易發生爆胎的點是,

(五)布置作業

思考與討論:地球可以看作一個巨大的拱形橋。汽車沿南北行駛,不斷加速。請思考:會不會出現這樣的情況:速度大到一定程度時,地面對車的支持力是0,此時汽車處于什么狀態,駕駛員與座椅間的壓力是多少,駕駛員軀體各部分間的壓力是多少,駕駛員此時可能有什么感覺,?

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