高中物理 必修二《圆周运动》生活中的圆周运动（第1课时）

第4节生活中的圆周运动（第1课时）安徽省泾县中学唐宋教学内容分析学情分析教学课时教学目标五、教学重难点六、教学流程航天器中的失重现象。火车转弯的圆周运动模型研究。汽车过拱形桥的圆周运动模型研究。任务四任务三任务二总结生活中的圆周运动；学生的收获《分层训练》利用汽车转弯建构圆周运动模型的方法研究。作业：思考与讨论教学引入任务一任务课前调研；科学之旅。航天器中的失重现象。火车转弯的圆周运动模型研究。汽车过拱形桥的圆周运动模型研究。任务四任务三任务二总结生活中的圆周运动；学生的收获《分层训练》利用汽车转弯建构圆周运动模型的方法研究。作业：思考与讨论教学引入任务一任务课前调研；科学之旅。七、教学过程任务情境问题教师活动学生活动设计意图学生发展学生亲身体验生活中的转弯现象，带着同学们的问题开启今天的教学探索之旅学生拍摄的视频，学生的解释说明。你发现了哪些生活中的圆周运动？物体做圆周运动的条件是什么？等课前布置任务，上课时让学生代表上来分享调研结果。学生分享调研结果。通过学生活动让学生自主发现生活中广泛存在的圆周运动。培养学生合作探究的能力，以及从生活中发现问题的科学态度。利用汽车转弯建构圆周运动模型的方法研究图片：汽车转弯；绘图。为什么弯道处的路面外侧比内侧高一点？汽车在没有外高内低的水平路面转弯，向心力的来源是什么？汽车的速度越快，需要的向心力越大，当静摩擦力达到最大时会怎样？如何解决？通过提出问题引导学生找到汽车在平地上转弯的向心力来源，以及体会转弯处路面设计成外高内低的好处。学生思考并寻找出此时向心力的来源是静摩擦力，以及解释路面外高内低时，向心力的来源。通过最简单的例子让学初步学会分析向心力来源。加深学生对运动和力相互作用观的理解及应用；培养学生模型建构能力及科学推理能力；培养学生应用物理知识解决实际问题的能力；培养学生理论联系实际的科学态度。火车转弯的圆周运动模型研究实物观察。1、火车在水平轨道上转弯，向心加速度方向如何确定？向心力由什么力提供？2、火车质量很大，仅仅依靠轨道对轮缘的挤压能够提供所需要的向心力吗？怎么改进呢？通过问题引导学生观察火车的车轮和轮缘结构，提出问题、进行猜想、利用教具和小组实验模型寻找证据、对问题进行解释和交流。学生观察火车车轮与轮缘结构，提出问题、进行猜想、寻找证据、解释问题与交流。通过简单的探究明白火车转弯的向心力来源，让学生体验科学探究过程。图片展示；学案研究。如果轮缘与轨道没有接触，忽略车轮与轨道间的摩擦力，火车转弯时，向心加速度方向如何确定？向心力由什么力提供？能否找出此时火车转弯的圆周运动平面，以及圆心、半径和向心加速度方向？3、能否确定此时火车受几个力作用及向心力的来源？引导学生在学案上画图，寻找以上问题的答案。学生在学案上画图，确定轨道平面、圆心、半径和向心加速度方向，确定向心力来源。通过画图分析，让学生明确圆周运动的运动分析过程。应用牛顿运动定律知识分析。1、如果轮缘与轨道没有接触，忽略车轮与轨道间的摩擦力，求解火车转弯时的速度V0大小。2、火车转弯速度V0与什么因素有关？3、当火车实际转弯速度V大于或小于V0时，会出现什么情况？引导学生建立动力学方程并解方程，发现这里的速度是理想转弯速度。讨论实际速度大于或小于理想速度时的向心力来源。学生建立动力学方程并解得理想转弯速度，讨论实际速度大于或小于临界速度（理想转弯速度）时的向心力来源于重力与支持力的合力之外，还有铁轨对轮缘的挤压。让学生体会牛顿第二定律在圆周运动中的应用。汽车过拱形桥的圆周运动模型研究展示素材；提出问题。为什么高速的桥很少有拱桥？汽车过时，路面为甚么是凹形路面？将学生分成两大组，分别在学案上对汽车过拱形桥最高点或过凹形路面最低点进行建构模型，运用牛顿运动定律建立方程，求解。对计算结果进行分析，有压力与重力的大小关系，判断失重与超重现象。学生分别对汽车过拱形桥最高点或过凹形路面最低点进行求解，并反馈给老师。对结果进行分析，判断失重或超重。学生将所学的建构模型和处理圆周运动的方法用于解决实际问题。汽车过拱形桥最高点或凹形路面最低点时，汽车对桥面或路面的压力大小是多少？根据你的计算结果判断汽车处于失重状态还是超重状态？学以致用如果一辆汽车通过如图所示的一段路面，在A点和B点，哪一处最容易爆胎？怎样做可以降低爆胎的可能性？引导学生回答问题。学生思考并回答。航天器中的失重现象展示图片；思考与讨论地球可以看做一个巨大的拱形桥，桥面的半径就是地球的半径R。地面上有一辆车在行驶,所受重力G=mg,地面对它的支持力是FN。1、汽车速度越大，地面对它的支持力大小会怎样？2、会不会出现速度大到一定程度时，地面对车的支持力是零？这时驾驶员与座椅之间的压力是多少？……引导学生将汽车过拱形桥的处理方法迁移到课本上思考与讨论中。教师引导学生回答问题。学生思考并完成学案内容。将汽车过拱形桥问题的圆周运动处理方法类比到航天器中，使之从地上推广到天上，更加丰富了。介绍航天器及其相关知识。1．质量为m的航天员，受力情况如何？航天员随航天器饶地球运行的向心力来源是什么？2．当时，航天员受到的支持力为多少？航天员乃至航天器内的任何物体都处于什么状态？引导学生对航天器及其中的人物进行分析，得到完全失重的条件，以及通过天宫课堂观察完全失重现象。学生思考问题并观看视频。播放天宫课堂视频。课堂小结师生问答。通过本节课的学习，你有哪些收获？以生活中的圆周运动为核心，做出本节课思维导图。展示PPT，引导学生进行总结。总结本节课的收获。总结提升，学生在掌握物理知识的同时关注物理方法。课后作业《分层训练》请课后完成《分层训练》的练习。教师布置作业。学生完成作业巩固与提升。生活中的圆周运动建构模型生活中的圆周运动建构模型运动分析：定圆心、半径，向心加速度受力分析：提供的向心力处理方法建立牛顿运动定律方程九、教学反思本节课通过三个任务进行教学，学生由任务学习初步达成了学习目标，能够从实际例子中建构出圆周运动模型，并且会建立动力学方程来解决具体问题，发展了建构模型等科学思维，深化了运动和相互作用的物理观念，经历科学探究过程，有一定的科学态度与责任。本节课的不足之处：探究实验的问题最好是由学生自己提出，并由学生设计实验进行探究，探究过程更严格；学生在作图与回答问题过程中暴露的表达与规范性问题，需要在平时教学中注意引导准确使用物理语言等。第4节生活中的圆周运动（第1课时）学案设计学生活动任务单[任务一：利用汽车转弯建构圆周运动模型的方法研究][任务二：火车转弯的圆周运动模型研究]问题1：如果轮缘与轨道没有接触，忽略车轮与轨道间的摩擦力，火车转弯时，向心加速度方向如何确定？（1）画出火车转弯时圆周运动的轨迹大致位置；θ（2）标出火车转弯时圆周运动的圆心大致位置；θ（3）标出火车转弯时圆周运动的半径；（4）标出火车转弯时圆周运动的向心加速度方向。问题2：如果轮缘与轨道没有接触，忽略车轮与轨道间的摩擦力，火车转弯时，向心力由什么力提供？（1）画出火车受力分析示意图；（2）试确定此时的向心力来源，并写出提供的向心力大小。θθ问题3：应用牛顿运动定律知识分析。（1）运用牛顿第二定律将受力分析结果和运动分析结果建立起方程。（2）如果轮缘与轨道没有接触，忽略车轮与轨道间的摩擦力，求解火车转弯时的速度V0大小。[任务三：汽车过拱形桥的圆周运动模型研究]1、汽车过拱形桥最高点或凹形路面最低点时，画出其受力分析示意图。2、质量为m的汽车，以速度v通过拱形桥最高点或凹形路面最低点时，拱形桥或凹形路面的圆弧半径为r，求此时汽车需要的向心力大小表达式？3、求此时汽车对桥面或路面的压力大小表达式？mmvvmmvv[任务四：航天器中的失重现象]课后作业分层训练A层训练1.如图所示，质量相等的汽车甲和汽车乙，以相等的速率沿同一水平弯道做匀速圆周运动，汽车甲在汽车乙的外侧．两车沿半径方向受到的摩擦力大小分别为Ff甲和Ff乙．以下说法正确的是()A．Ff甲小于Ff乙 B．Ff甲等于Ff乙C．Ff甲大于Ff乙 D．Ff甲和Ff乙的大小均与汽车速率无关2.如图所示，某同学骑独轮车在水平运动场上转弯时，地面的摩擦力已达到最大，当独轮车速率增为原来的eq\r(2)倍时，若要该同学骑独轮车在同样地面上转弯不发生险情，则()A．独轮车转弯的轨道半径增为原来的eq\r(2)倍B．独轮车转弯的轨道半径增为原来的2倍C．独轮车转弯的轨道半径减为原来的eq\f(1,2)D．独轮车转弯的轨道半径减为原来的eq\f(1,4)3.铁路在弯道处的内外轨道高度是不同的，已知内外轨道平面与水平面的夹角为θ，如图，弯道处的圆弧半径为R，重力加速度为g，若质量为m的火车转弯时速率等于eq\r(gRtanθ)，则()A．内轨对内侧车轮轮缘有挤压B．外轨对外侧车轮轮缘有挤压C．这时铁轨对火车的支持力等于eq\f(mg,cosθ)D．这时铁轨对火车的支持力大于eq\f(mg,cosθ)B层训练4.(多选)一个质量为m的物体(体积可忽略)，在半径为R的光滑半球顶点处以水平速度v0运动，如图所示，重力加速度为g，则下列说法正确的是()A．若v0＝eq\r(gR)，则物体对半球顶点无压力B．若v0＝eq\f(1,2)eq\r(gR)，则物体对半球顶点的压力大小为eq\f(1,2)mgC．若v0＝0，则物体对半球顶点的压力大小为mgD．若v0＝0，则物体对半球顶点的压力为零5．在“天宫二号”中工作的航天员可以自由悬浮在空中，处于失重状态，下列正确的是()A．失重就是航天员不受力的作用B．失重的原因是航天器离地球太远，从而摆脱了地球引力的束缚C．失重是航天器中独有的现象，在地球上不可能存在失重现象D．正是由于引力的存在，才使航天员有可能做环绕地球的圆周运动6．一辆质量为800kg的汽车在圆弧半径为50m的拱桥上行驶．(g取10m/s2)(1)若汽车到达桥顶时速度为v1＝5m/s，汽车对桥面的压力是多大？(2)汽车以多大速度经过桥顶时，恰好对桥面没有压力？(3)汽车对桥面的压力过小是不安全的，因此汽车过桥时的速度不能过大．对于同样的车速，拱桥圆弧的半径大些