圆周运动与人类文明

1、第二章圆周运动4、圆周运动与人类文明（选学）首都师范大学附属密云中学刘伟一、教学目标（一）知识与技能知道圆周运动与人类的进步有很大的联系，圆周运动的研究对人类的进步有 很大的影响。（二）过程与方法通过圆周运动的图片和资料的介绍。使学生明确圆周运动的研究对人类的发 展进步有很大的作用。（三）情感、态度与价值观展示圆周运动的一些图片，介绍一些世界顶尖的和圆周运动有关的发明和创 造。使学生更加热爱物理。学好物理知识，将来对人类文明做出更大的贡献。二、教学重点与难点圆周运动在人类进步中的重大作用。三、教学方法与学习策略建议（一）、引入教学。举出一些人类生活中与圆周运动的例子。如：风扇、手表等。说明圆周

2、运动对 人类的进步有很大的作用。因此我们要介绍一下在人类的进步过程中有哪些和圆周运 动有关的发明和创造。（二）、新课教学。1、圆周运动是点燃人类古文明的火把（1）钻木取火学生活动：观看图片：钻木取火。了解人类对圆周运动研究。（2）、陶瓷制作与圆周运动学生活动：观看陶瓷制作图片，陶瓷制作是圆周运动的一个应用。（3）、圆周运动与车轮的发明古代的人们的交通方式由肩挑、背抗发展到使用车轮，为大量利用畜力、开展 远距离的运输和商贸活动创造了条件。车轮第一次把圆周运动和直线运动联系起来，这 是个伟大的发明。学生活动：指出车轮运输比以前的运输方式的优越性。（4）、圆周运动与机械能的利用学生活动：观看鼓车、水

3、车图片，明确圆周运动与机械能的利用。2、圆周运动与工业文明（1）蒸汽机瓦特是世界公认的蒸汽机发明家。他的创造精神、超人的才能和不懈的钻研为 后人留下了宝贵的精神和物质财富。瓦特改进、发明的蒸汽机是对近代科学和生产的巨1大贡献，具有划时代的意义，它导致了第一次工业技术革命的兴起，极大的推进了社会 生产力的发展。（2）学生观察其他机械的图片了解圆周运动与精密机械的联系。3、圆周运动与科学实验（1）、圆周运动与粒子物理和核物理实验回旋加速器：利用磁场使带电粒子作回旋运动，在运动中经高频电场反复加速的 装置。1930年E.O.劳伦斯提出其工作原理，1932年首次研制成功。它的主要结构是在 磁极间的真空

4、室内有两个半圆形的金属扁盒（D形盒）隔开相对放置，D形盒上加交变 电压，其间隙处产生交变电场。置于中心的粒子源产生带电粒子射出来，受到电场加谏， 在D形盒内不受电场，仅受磁极间磁场的洛伦兹力，在垂直磁场平面内作圆周运动。绕 行半圈的时间为nm/qB，其中q是粒子电荷，m是粒子的质量，B是磁场的磁感应强 度。如果D形盒上所加的交变电压的频率恰好等于粒子在磁场中作圆周运动的频率，则 粒子绕行半圈后正赶上D形盒上极性变号，粒子仍处于加速状态。由于上述粒子绕行半 圈的时间与粒子的速度无关，因此粒子每绕行半圈受到一次加速，绕行半径增大。经过 很多次加速，粒子沿螺旋形轨道从D形盒边缘引出，能量可达几十兆电

5、子伏特（MeV ）。 回旋加速器的能量受制于随粒子速度增大的相对论效应，粒子的质量增大，粒子绕行周 期变长，从而逐渐偏离了交变电场的加速状态。进一步的改进有同步回旋加速器。正负电子对撞机：正负电子对撞机是一个使正负电子产生对撞的设备，它将各种粒 子（如质子、电子翎加速到极高的能量，然后使粒子轰击一固定靶。通过研究高能粒子与 靶中粒子碰撞时产生的各种反应研究其反应的性质，发现新粒子、新现象。用加速器的 粒子轰击静止的靶，就像在一起交通事故中的一辆汽车撞到一辆停在路边的汽车上，撞 车的能量很大一部分要消耗到使停在路边的汽车向前冲上，碰撞的威力就不够大。如果 使两辆相向开行的高速汽车对头相撞，碰撞的

6、威力就大许多倍。基于这种想法，科学家 们在70年代初研制成功了对撞机。目前世界上已建成或正在兴建的对撞机有10多台。学生活动：观看回旋加速器、正负电子对撞机图片，了解高科技与物理的圆周运 动的紧密联系。（2）圆周运动与航天技术航天器脱离运载火箭后，应该以火箭给予的速度做匀速直线运动，但为什么它 们总是做曲线运动，而且在多数情况下，其运行速度还是变化的。航天器脱离运载火箭做惯性运动后，还受到各种天体引力的作用，这些引力会使航 天器的飞行轨迹发生弯曲。如达到第一宇宙速度的航天器，在受到地球引力作用飞行轨 迹发生弯曲时，所产生的离心加速度（俗称离心力）与地球对它的引力大小相等、方向相反， 因此，它就

7、始终绕地球作匀速圆周运动。如果航天器的速度稍大于第一宇宙速度，由于它的离心力会稍大于地球对它的 引力，它会继续往前冲，但由于速度逐渐降低，离心力也逐渐减小，在小于地球对它的 引力后，又被拉回来。这样，速度又随之增加。因此，航天器就绕地球作椭圆轨道运动。在航天器的速度达到第二宇宙速度后，虽然摆脱了地球引力的束缚，但仍受太 阳的引力作用，因而绕太阳作圆周运动或椭圆轨道运动。即使达到第三宇宙速度冲出太阳系，也仍然会在银河系中心的引力作用下，绕2银何系中心做圆周运动或椭圆轨道运动。（3）圆周运动与生命科学超速离心机的离心原理：当含有细小颗粒的悬浮液静置不动时，由于重力场的作用使得悬浮的颗粒逐渐下 沉。

8、粒子越重，下沉越快，反之密度比液体小的粒子就会上浮。微粒在重力场下移动的 速度与微粒的大小、形态和密度有关，并且又与重力场的强度及液体的粘度有关。象红 血球大小的颗粒，直径为数微米，就可以在通常重力作用下观察到它们的沉降过程。学生活动：观看超速离心机的图片，了解一下离心机的离心原理。4、圆周运动与文化生活圆是一种对成性最好的平面结构，从圆心到圆周的任意一点距离都相等。生活中有很 多的例子都是与圆周运动有关系。例如：游乐场中很多游戏。体育运动中的花样滑冰运 动。生活中的一些玩具。学生活动：看生活中的与圆周运动有关的图片。指出这些图片中的一些圆周运动。 适当举出生活中的一些其他的圆周运动。（三）课堂小结圆周运动是一种比较和谐的运动，在人们的生活中随处可见。小到电子的运动、 达到天体的运动。对人类的生活有很大的影响。所以我们要重视圆周