专题二圆周运动与汽车行驶安全.doc

本文档来自/smsp1982专题二 圆周运动与汽车行驶安全（一）设计思想：本节是必修2第二章最后新增的一个专题，应该充分体现出对课本第二节生活中的向心力的应用价值。这一节理应成为课本第二节后的例题和习题，在这里将其列为独立的一个专题，目的在于学习圆周运动实际应用的同时，突出汽车行驶安全，对学生进行机动车行驶中的安全教育。在我国机动车中，私家车饱有量呈上升趋势。深圳在全国私家车比例很高，许多学生家里都有小汽车，部分学生甚至还有驾驶经验，大部分学生都有驾驶摩托车的经验。因此，对学生进行机动车驾驶的安全教育非常必要，本节课就要达到这一目标。这节课将设计4个讨论题，要学生分析、研究汽车在转弯时为什么要限速、公路转弯处的路面为什么是“外高内低”的、为什么现实生活中的桥大多都是拱形的、汽车在拱桥上行驶时为什么也要限速等。教学过程中不单对学生进行了安全教育，而且培养了他们应用圆周运动的规律分析问题、解决问题的能力。（二）教学对象分析：1、学生已基本完成了课本第二章第二节的学习，已经掌握了匀速圆周运动的向心力公式：F向=mv2/r和F向=m2r，与相应的向心加速度公式：a向=v2/r和a向=2r，但尚缺乏对具体问题的分析应用。2、学生了解一般的安全行车要求：如过弯时汽车要减速，上坡到达顶点时速度不能太快等。但要究其原因，即要知其所以然，则还缺少应用物理知识的科学论证。3、学生对与生活联系紧密的行车安全问题会感兴趣，给上好这一节课奠定了良好的基础，但由于部分学生物理基础差，在探究过程中缺乏自主能力，还需进一步引导。（三）教学目标：1、知识与技能：掌握匀速圆周运动的规律，并会利用所学知识分析一般的简单汽车行驶安全问题。了解汽车在不同路面驾驶时应注意的问题。2、过程与方法：在探究问题的过程中，要培养学生良好的分析问题、处理问题的习惯：通过文字信息的慢慢品味(注意题目所包含的隐含条件)，首先分析题中物理情景，建立清晰的物理模型，眼前出现动态的物体运动情况；其次确定研究对象，对研究对象进行受力分析；接下来确定向心力的来源，找到是哪个力或者哪几个力的合力提供向心力；最后运用向心力和向心加速度的计算式求出我们所需要的物理量。在题目解答完毕后将结果与命题对照，体会一下题中展现的客观过程。3、情感态度与价值观：培养学生尊重实际的态度，树立辨证唯物主义观点。培养学生树立牢固的安全意识，关爱生命。（四）重点和难点：1、重点：通过对研究对象的受力分析，准确分析物体做圆周运动时向心力的来源；能够应用圆周运动规律分析、解决一些汽车行驶中应注意的安全问题。2、难点：分析物体做圆周运动向心力的“供”、“需”关系；准确找到汽车作圆周运动的平面。（五）教学过程：1、导入新课：幻灯片展示一组国际一级方程式赛车手舒马赫的图片，简单介绍F1赛道上经常会有赛车事故发生。接着让学生看一段视频录像，录像中让学生注意观察：赛车中的安全事故往往都发生在弯道还是直道？通过观看视频录像，学生回答“弯道”。紧接着让学生思考，为什么赛车在拐弯时容易发生事故，回顾所学的圆周运动的规律，从而引入“案例一”。2、新课内容： 水平方向上的圆周运动：案例一：一级方程式赛车匈牙利站赛道转弯处弯道半径R=200m，舒马赫驾驶的赛车质量为2000kg，其车轮与路面间的动摩擦因数=0.2。若路面是水平的，要使其赛车转弯时不致冲出圆跑道，他的车速最大不能超过多少？（g=10m/s2）（分析：赛车在水平路面转弯，车轮与地面间的静摩擦力提供汽车作圆周运动的向心力。车速越大，所需的向心力也越大，从而静摩擦力f增大。当f达到最大静摩擦力fmax时，速度v达到不冲出跑道的最大速度vmax。）思考：若赛车速度为30m/s，则受到的摩擦力为多大？（分析：速度v大于20m/s，赛车发生侧向滑动，受到的摩擦力变为滑动摩擦力，则须由f=N解出。）安全启示一： 汽车过弯要限速！ 案例二：一级方程式赛车德国站的跑道转弯处的路面是倾斜的（跑道外侧略高于内测），舒马赫驾驶着它的赛车以20m/s的速度在该跑道上行驶。若要求他的赛车在该处转弯时沿倾斜跑道没有向内侧或外侧滑动的趋势，试求该转弯处路面与水平面夹角的正切值。（已知该处弯道半径R=100m，g=10m/s2）（分析：“沿倾斜跑道没有向内侧或外侧滑动的趋势”，即指没有静摩擦力产生。在这里要让学生理解“没有向内侧或外侧滑动的趋势”这个临界情况。赛车过弯的向心力完全由重力和路面支持力的合力来提供。通过题目已知条件可算出赛车过弯时所需要的向心力大小，再由重力、支持力与它们合力所组成的矢量三角形求出路面与水平面夹角的正切值。）（注：找到汽车作圆周运动的平面是个难点，画出该题中向心力的方向是学生容易出错的地方。因此，需要强调向心力一定是指向物体运动轨迹平面内“圆心”的那个力。）思考：若赛车的速度为15m/s，则该赛车沿跑道有向外侧还是内测滑动的趋势？若速度为30m/s呢？（分析：若v=15m/s，赛车过弯时提供的向心力大于需要的向心力，赛车有向内侧做向心运动的趋势；若v=30m/s，赛车过弯时提供的向心力小于需要的向心力，赛车有向外侧做离心运动的趋势。）安全启示二： 转弯处路面“外高内低”！ 竖直方向上的圆周运动：案例三：舒马赫与朋友驾车出游时路过一处圆弧半径为50m的凹形桥，当他的汽车以20m/s的速度通过该凹形桥时，求汽车在桥最低点对桥的压力。（汽车与人总质量m=5000kg，g=10m/s2）（分析：在通过凹形桥最低点时，桥对汽车的支持力与汽车重力的合力提供向心力。通过向心力的“供”、“需”关系，即可列出方程得出答案。）思考：若该桥能承受的最大压力为60000N，那么汽车在该桥最低点的速度最大不能大于多少？（分析：设计这个“思考”，主要目的在于让学生感受，在凹形桥上行驶，速度过快了容易使桥面坍塌，从而得出“桥一般不会建造成凹形”的结论。）安全启示三： 桥不应该修成凹形！ 案例四：顺利通过凹形桥后不久，在舒马赫的前方又出现了一座凸形桥（拱桥），他仍驾驶着他的汽车以20m/s的速度驶上该凸形桥。已知该凸形桥的圆弧半径也是50m，问当汽车到达桥的最高点时，桥受到的压力为多大？ （汽车与人总质量m=5000kg，g=10m/s2）（分析：与汽车过凹形桥的情况类似，汽车在通过拱桥最高点时，拱桥对汽车的支持力与汽车自身重力的合力提供向心力。再通过向心力的“供”、“需”关系，就可列出方程得出答案。）思考：若上题中，要使他的汽车不脱离桥面，汽车在桥最高点的速度不能大于多少？ （分析：这里要分析“不脱离桥面”的含义，要学生理解“脱离桥面”是指对桥的压力为零。设计这个“思考”的目的在于让学生，即使是过拱桥，速度也不能太大。） 安全启示四： 桥是拱形好，但仍要限速！ 3、课堂小结：（1）运用圆周运动规律解决实际问题的一般步骤： 物理情景 分析，明确研究对象做的是哪个平面内的圆周运动。对研究对象进行 受力分析 。确定 向心力