高中物理人教版第五章曲线运动生活中的圆周运动 优秀作品

7.生活中的圆周运动教学设计（2017/3/2）甘肃省会宁县第二中学730799【摘要】本节为圆周运动的应用课，铁路的弯道用来分析水平面上的匀速圆周运动；拱形桥和凹形桥用来分析竖直面上的变速圆周运动；航天器中的失重现象研究失重问题；离心运动则是研究向心力不足物体的运动趋势。【教学目标】1.能定性分析火车外轨比内轨高的原因。2.定量分析汽车过拱形桥最高点和凹形桥最低点的压力问题。3.知道航天器中的失重现象的本质。4.知道离心运动及其产生的条件，了解离心运动的应用和防止。5.会用牛顿第二定律分析圆周运动。6.进一步领会力与物体的惯性对物体运动状态变化所引起的作用。【关键词】拱形桥铁路弯道航天器中的失重现象离心运动【知识对比】知识点初中高中水平面内的圆周运动初中未涉及铁路的弯道用来分析水平面上的匀速圆周运动；能定性分析火车外轨比内轨高的原因竖直面内的圆周运动初中未涉及定量分析汽车过拱形桥最高点和凹形桥最低点的压力问题航天器中的失重现象离心运动初中未涉及知道航天器中的失重现象的本质；知道离心运动及其产生的条件，了解离心运动的应用和防止。【课时安排】2课时—、水平面内的圆周运动【问题导学】物体在水平面内做匀速圆周运动时，是那些力的合力提供了它做圆周运动的向心力呢？【情景引入】1.圆台转动类如图图所示，小物块放在旋转圆台上，与圆台保持相对静止．物块与圆台间的动摩擦因数为μ，离轴距离为R，圆台对小物块的静摩擦力(设最大静摩擦力等于摩擦力)提供小物块做圆周运动所需的向心力．水平面内，绳拉小球在圆形轨道上运动等问题均可归纳为“圆台转动类”．2.圆锥摆圆锥摆是一种典型的圆周运动。物体受力情况如图所示，mg和T的合力F提供向心力，不难看出旋转的角速度ω越大，θ角变大。3.杂技节目“飞车走壁”这样的物体在竖直方向上受力平衡，在水平方向上受的合外力提供它做圆周运动的向心力。亦可以用力的合成三角形求解。4.铁路的弯道铁路的弯道，在水平圆形轨道上行驶的火车，如果双轨高度完全一样，火车做圆周运动的向心力就是靠外侧轨道对车轮缘的弹力来提供如图所示；为了减轻铁轨和轮缘的损坏，人们常把外侧轨道做得高一些，这样倾斜铁轨的弹力N和重力G的合力F,就能很大程度地提供火车所需的向心力.如图.一般的高速公路的转弯处做成外侧高，内侧低，也是为了防止车轮与地面的摩擦力不够时车向外侧滑移。二、竖直面内的圆周运动【问题导学】物体在竖直面内做变速圆周运动时，是那些力的合力提供了它做圆周运动的向心力呢？【情景引入】

由于重力的作用，物体在竖直面内做的一般是变速圆周运动，由物体的重力mg和支持力T共同提供向心力（如图）．当物体运动到最高点（1位置）时有

当物体运动最低点（2位置）时有当物体在一般位置（3位置）时有1.绳约束（单轨，无支持，水流星模型）如果支持物是一根软绳（或是一个物体沿着圆形轨道内侧做圆周运动），那么支持物无法向物体提供向外的支持力．这种情况物体运动到最高点时的向心加速度不能小于重力加速度g，否则物体将离开圆形轨道．也就是必须满足的条件，物体才能顺利越过最高点．当时，球不能通过最高点(实际上球没有到最高点就脱离了轨道．)2.杆约束（双轨，有支撑）如果支持物是一根硬杆（或是一个物体套在圆形轨道上作圆周运动），那么支持物体既能向物体提供向内的支持力，也可向物体提供向外的支持力．，这种情况下物体越过最高点的速度只要满足即可。在最高点，如果小球的重力恰好提供其做圆周运动的向心力，即mg＝eq\f(mv2,R)，v＝eq\r(gR)，杆或轨道内壁对小球没有力的作用．当0<v<eq\r(gR)时，小球受到重力和杆(或内轨道)对球的支持力．当v>eq\r(gR)时，小球受到重力和杆向下的拉力(或外轨道对球向下的压力)．3.拱形桥汽车过拱桥，是公路上常见的圆周运动，如图所示，有支撑的汽车，弹力只可能向上，在这种情况下有：mg－F＝eq\f(mv2,R)≤mg，所以v≤eq\r(gR)，物体经过最高点的最大速度vmax＝eq\r(gR)，此时物体恰好离开桥面，做平抛运动．P28.思考与讨论。P28.说一说公路上通过凹形桥-过水路面，车队桥的压力比汽车的重力大些还是小些好？三.航天器中的失重现象航天员：，，由此可知，当v＝eq\r(gR)时座椅对航天员的支持力FN=0，航天员处于失重状态。这里的分析仅仅针对圆轨道而言。其实任何关闭了发动机，又不受阻力的飞行器的内部，都是一个完全失重的环境。例如向空中任何方向抛出的容器，其中的所有物体都处于失重状态。四、离心运动、1.离心现象任何物体作圆周运动都需要向心力，一旦它向心力不够大，或者完全消失，它就要做逐渐远离圆心的运动（如图）。这种现象叫离心现象。2.近心现象任何物体作圆周运动都需要向心力，一旦它向心力不够大，或者完全消失，它就要做逐渐靠近圆心的运动。这种现象叫近心现象。3.应用离心现象在工农业生产和日常生活中有很多应用。最常见的就是洗衣机中的脱水器（如图），当湿衣服在筒内随筒高速转动时，水滴和衣服之间的附着力不足以提供水滴作圆周运动所需要的向心力，水滴便离开衣服，逐步到达筒边，穿过小孔飞出来，这样衣服上的水就少多了。4.防止在公路弯道，车辆不允许超速；高速转动的砂轮、飞轮等，都不得超过最大转速，转速过高，砂轮、飞轮内部分子间的相互作用力不足以提供所需向心力，离心运动会使他们破裂。板书设计：一、水平面内的圆周运动1.圆台转动类水平面内，绳拉小球在圆形轨道上运动等问题均可归纳为“圆台转动类”．2.圆锥摆旋转的角速度ω越大，θ角变大。3.杂技节目“飞车走壁”这样的物体在竖直方向上受力平衡，在水平方向上受的合外力提供它做圆周运动的向心力。亦可以用力的合成三角形求解。4.铁路的弯道二、竖直面内的圆周运动当物体运动到最高点（1位置）时有

当物体运动最低点（2位置）时有当物体在一般位置（3位置）时有1.绳约束（单轨，无支持，水流星模型）也就是必须满足的条件，物体才能顺利越过最高点．当时，球不能通过最高点(实际上球没有到最高点就脱离了轨道．)2.杆约束（双轨，有支撑），这种情况下物体越过最高点的速度只要满足即可。当0<v<eq\r(gR)时，小球受到重力和杆(或内轨道)对球的支持力．当v>eq\r(gR)时，小球受到重力和杆向下的拉力(或外轨道对球向下的压力)．3.拱形桥有支撑的汽车，弹力只可能向上，在