高中物理鲁科版4第三章电磁波 向心力教案匀速圆周运动实例分析

粤教版必修（2）第二章第二节《向心力》(第二课时)匀速圆周运动实例分析一、教材分析本节内容在教材中并没有单独设计，为了让学生提高应用物理知识的能力可以单独再安排一节。在上节课的基础上进一步提高应用受力分析和运动分析的能力，提升列式的技巧，并巩固汽车、火车转弯、圆锥摆等水平面内圆周问题和荡秋千、汽车过拱桥、过山车等竖直面内圆周运动最高点最低点处的分析方法，从而对力与运动的关系有进一步的认识，并理解圆周运动的分析步骤。二、学生分析：学生初步具备了以加速度为桥梁的运动和力关系的知识体系。本节通过例题分析和练习使学生认识到牛顿运动规律也运用于曲线运动，理解分析求解向心力问题的列式技巧和分析步骤。并能理解向心力不是一种特殊的力，在变速圆周运动中向心力不是合力。三、教学目标：（一）知识目标：1、知道向心力是物体沿半径方向的合外力。2、知道向心力、向心加速度的公式也适用于变速圆周运动。3、会在具体问题中分析向心力的来源。（二）能力目标：培养学生的分析能力、综合能力和推理能力，明确解决实际问题的思路和方法（三）德育目标：通过对几个实例的分析，使学生明确具体问题必须具体分析四、教学重点、难点：教学重点：1、掌握匀速圆周运动的向心力公式及与圆周运动有关的几个公式2、能用上述公式解决有关圆周运动的实例教学难点：1、理解做匀速圆周运动的物体受到的向心力是由某几个力的合力提供的，而不是一种特殊的力。2、清楚在变速圆周运动中切线方向上有力才能改变速度大小，在变速圆周运动中向心力并不等于合力。五、教学方法：讲授法、分析归纳法、推理法六、教学过程：（一）引入新课1、复习提问：（1）什么是匀速圆周运动？（2）描述圆周运动的物理量有哪些？它们的定义式和相互关系式如何？向心力的求解公式有哪几个？如何求解向心加速度？（3）匀速圆周运动的本质是一种什么样的运动？2、引入：上两节我们介绍了圆周运动及描述它的有关物理量，还介绍了一些常见的实际运动现象，本节课我们应用上述公式来对几个实际问题进行分析。（二）新课1、用课件出示本节课的学习目标：①知道向心力是物体沿半径方向所受的合外力提供的。②知道向心力、向心加速度的公式也适用于变速圆周运动。③会在具体问题中分析向心力的来源，并进行有关计算。2、水平面内的圆周运动分析例一、水平面上绕自身轴匀速旋转的圆盘上放置一木块，木块相对圆盘静止，试分析木块的向心力由什么来提供。例二、试分析在竖直放置光滑圆锥内做匀速圆周运动小球所需的向心力由什么提供。（杂技节目中的飞车走壁现象中的稳定状态）例三、讨论火车转弯时所需向心力。（A）路轨一样高，车体不倾斜时；（B）路轨外高内低，车体倾斜时（1）介绍：火车在平直轨道上匀速行驶时，所受的合力等于0，那么当火车转弯时，我们说它做圆周运动，那么是什么力提供火车的向心力呢？（2）用课件分析内外轨等高时向心力的来源。a：此时火车车轮受三个力：重力、支持力、外轨对轮缘的弹力。b：外轨对轮缘的弹力提供向心力。c：由于该弹力是由轮缘和外轨的挤压产生的，且由于火车质量很大，故轮缘和外轨间的相互作用力很大，易损害铁轨。（3）介绍实际的弯道处的情况。a：展示实际的转弯处外轨略高于内轨。b：用课件展示此时火车的受力情况，并说明此时火车的支持力FN的方向不再是竖直的，而是斜向弯道的内侧。c：进一步用课件展示此时火车的受力示意图，并分析得到：此时支持里与重力的合力提供火车转弯所需的向心力。d：强调说明：内外轨有一定高度差，转弯处要选择适当的行驶速度，使转弯时所需的向心力完全由重力G和支持里FN来提供这样外轨就不受轮缘的挤压了。如果>,车有离心趋势，轮缘对外轨有挤压，外轨对车轮提供一定弹力补充不足的向心力；如果<,轮缘对内轨有挤压，内轨对车轮提供一定弹力抵消过多的向心力。3、讨论讨论一、：根据上述例题，我们处理匀速圆周运动问题的一般步骤如何？①明确研究对象，找到圆周平面，确定圆心位置。②进行受力分析，画出受力示意图。③根据平行四边形定则和正交分解法求出在半径方向上的合力，即向心力的表达式。④根据牛顿第二定律和向心加速度公式，并结合圆周运动特点列式求解问题。说明：以上圆周运动的平面都是在一个水平面的运动，其中飞车走壁、火车在倾斜路轨上拐弯与圆锥摆的受力是完全一致的。例四、小球做圆锥摆时细绳长L，与竖直方向成θ角，求小球做匀速圆周运动的角速度ω。4、竖直内的圆周运动分析：例五、质量为m的汽车以恒定的速率v通过半径均为r的拱桥和凹型地面，如图所示，求在A点和B点，汽车对路面的压力分别是多少？解析：a：选汽车为研究对象，汽车在竖直平面内的圆周上运动，圆心在下方b：对汽车进行受力分析：受到重力和桥对车的支持力c：上述两个力的合力提供向心力、且向心力方向向下d：建立关系式：e:：因支持力与压力是一对作用力与反作用力，所以且说明：上述过程中汽车做的不是匀速圆周运动，我们仍使用了匀速圆周运动的公式，原因是向心力和向心加速度的公式对于变速圆周运动同样适用。例六、如图要使小球滑到圆形轨道顶端不掉下来，小球在轨道顶端的最小速度应当是多大？已知轨道半径为R。解析：小球在最高点处在竖直内面受重力和轨道对它的向下的弹力由等式可看出，由于m、R一定，所以v越小，N就越小；当N=0时，小球可具有最小速度为此时，向心力仅由重力来提供。5、讨论：讨论二、用牛顿第二定律的瞬时对应关系，分析做圆周运动的条件。讨论三、竖直内的最高点和最低点存在的超失重现象在什么条件下出现？汽车过拱桥在最高点处的最大最小临界速度大小如何？过山车倒着过顶时的最小临界速度大小如何？讨论四、在竖直内的圆周运动中物体的速度大小会变化，说明在切线方向上是否应当有外力？向心力一定就是物体的合力吗？（三）巩固训练1.在一次汽车拉力赛中，汽车要经过某半径为R的圆弧形水平轨道，地面对汽车的最大静摩擦力为车重的倍，汽车要想安全通过该弯道，那么汽车的行驶速度不应大于( ) 答案：D2.火车转弯处的外轨略高于内轨，若火车以规定的车速行驶时，则提供向心力的外力是下列各力中的( )A.外轨对轮的侧向压力 B.内外轨对轮的侧向压力C.火车的重力 D.重力和内外轨对轮支持力的合力答案：D3.质量为m的小球在竖直平面内的圆形轨道的内侧运动，经过最高点而不脱离轨道的临界速度值是v，当小球以2v的速度经过最高点时，对轨道的压力值为( )A.0 B.mg C.3mg D.5mg答案：C(点拨：当以2v经最高点，对小球,由力的相互性，小球对轨道压力F'=F=3mg)（四）小结1：物体除受到各个作用力外，还受一个向心力吗？向心力一定等于合力吗？不能认为做匀速圆周运动的物体还要另外受到向心力。只有在匀速圆周运动中向心力才等于合力，变速时在切线方向上还有力改变速度大小。2：用向心力公式求解有关问题时的解题步骤如何？（1）定对象，找到圆心和半径（2）受力分析确定向心力（3）列方程（4）解方程，并讨论结果。3：圆周运动轨道平面最常见的有哪两种？水平面内和竖直面两种，其中竖直面内的还分物体在圆周内部和外部运动两种不同情形。4：火车实际中转弯时（倾斜路轨平面），向心力由什么提供？汽车通过凹形或凸形拱桥时对桥的压力与重力的关系如何？在竖直面内的最高点不飞出路面时的临界速度大小为多少？过山车倒过来过顶时最小速度又是多少？（五）作业见附录练习题实例分析水平面内：（1）转盘、水平路面转弯、甩水桶等实例分析水平面内：（1）转盘、水平路面转弯、甩水桶等（重