教学设计(生活中的圆周运动)

PAGE第9页5-8生活中的圆周运动（山东潍坊昌邑市文山中学胡民红制）学情分析本章是人教版高中物理必修二第五章，前四章学生已经学习了运动学及力学的基础知识，并对直线运动规律有了一定的了解；通过学习牛顿运动定律，对运动和力的联系也有了一定了解；学习本章前七节的知识之后，学生该是对曲线运动规律有了大体把握，并能基本理解圆周运动中向心力及向心加速度这些抽象概念。这节课我们将从物理学角度来分析生活中的圆周运动，因为本节具体实例比较多，该是很容易引起学生的兴趣，教师加以指导点拨，较易达到所设定教学目标。学生之前接触向心力这个概念比较少，对其为效果力而非性质力把握不到位，本节应重点强调该知识点。实例很多，但规律的总结必须突出，由以往经验可知，圆周运动的研究中向心力来源问题直到高三也有部分学生分析不好，借本节机会，应强化规律所在，以便能为以后做综合类题目打下好的基础。学习内容分析（含教材分析）本节内容详细介绍了有关铁路的弯道、拱形桥、航天器中的失重现象以及离心运动，通过分析生活中的一些实例，使学生对圆周运动有了更为直观的了解，并能理论联系实际，用物理学来分析生活现象，真正认识到学习物理知识的用处。教材前几节重在介绍曲线运动的基础知识，圆周运动的基本物理量如向心力向心加速度等，在理论上已经给予了一定的铺垫，本节重在分析生活中的圆周运动，把理论归结到实际中，阐述了物理知识在实际生产生活中的应用。教材后面一章是万有引力与航天，实际也是圆周运动的具体应用，学好本节课也能为后面的问题分析打好基础。尤其本节课所设计到的航天器中的失重现象，与下章知识点联系紧密，离心运动与下章中人造卫星的变轨问题也是同样联系紧密。教材所设计到的重点问题，如向心力是效果力，向心力来源分析等，必须让学生理解透彻，另外，在具体的教学过程中应根据实际情况对教材内容进行一定的拓展，比如在拱形桥部分之后可加入水流星一例，同属竖直面上的圆周运动，但拱桥为有支撑，水流星为无支撑，两者的区别与联系应该让学生掌握并牢记。航天器中的失重现象及离心运动部分的内容可做简略介绍，学生了解并理解即可，不必做深层次的探讨。

教学目标（一）

知识与能力目标1、会分析火车拐弯中的圆周运动向心力来源，知道向心力是效果力而不是性质力2、知道拱形桥上行驶中汽车的受力情况，了解车对桥的压力和重力的关系，分析水流星的受力情况，与拱形桥做比较，找出区别与联系，掌握竖直面上圆周运动的规律所在3、了解航天器中的失重现象4、知道离心运动并能在生活中有效利用或防止离心现象（二）

过程与方法目标1、多联系生活中的实例分析，激发学生兴趣2、利用多媒体形象展示相关视频与图片，给予学生感性认识3、实施分步教学，有层次的解决问题，各部分间搞好衔接，使知识点的学习流畅而不突兀4、对生活实例加以理论分析，构建物理模型，简化物理情景，理性解决物理问题（三）

情感态度与价值观目标1、

从物理学角度分析实际生产生活中的事例，让学生能以科学的眼光看待问题，同时认识到物理学离不开生活，生活离不开物理学分析2、

教学过程中重在讨论、交流、合作、探究，提高学生分析问题解决问题的能力，适当拓展，培养学生发散思维，减轻定势思维3、在讲授花样溜冰及航天器中的失重现象时引出我国体育溜冰项目和航天事业的成绩，激发学生爱国热忱4、

通过对离心现象的应用和防止让学生学会辩证的看待问题，并能从物理学角度树立自己的人生观与世界观重难点分析（含具体解决方式与方法）1、

重点：火车拐弯过程中其受力情况分析；向心力来源的分析规律；竖直面上圆周运动能通过最高点的最小速度问题2、难点：理解向心力是效果力而非性质力；竖直面圆周运动有支撑无支撑两种情况的区分解决重难点的方式方法：课堂开始便以火车拐弯超速的车祸实例视频做导入，激发学生学习兴趣，使其能带着问题学习新课；实例分析中的受力分析等尽量让学生独立完成或通过讨论交流探讨完成，自己解决或是与同伴共同合作解决的问题往往印象比较深刻，教师加以适当引导、点拨即可；课后习题中突出学习重难点，给学生更多的机会进行自主化的渗透性学习；在讲解至重难点部分时注意强调，语速放慢语音放大；在以水流星为例分析竖直面上无支撑的圆周运动时，给予演示，引导学生做详细分析，使其彻底明白其原理教学流程图展示三维学习目标展示三维学习目标正式授课离心运动及其应用与防止视频（火车拐弯处超速相撞事件）导入拱形桥上行驶中汽车的受力分析（竖直有支撑）1、花样溜冰中的拐弯（同自行车拐弯）汽车拐弯火车拐弯通过分析受力情况找出向心力来源，明确向心力为效果力，了解弯道限速的必要性水流星的受力分析（竖直无支撑）航天器中的失重现象（竖直面，重力完全提供向心力）规律总结：水平面和竖直面一样分析向心力来源，受力分析是关键本堂课小结，做小组评价及个人评价，布置课后巩固习题教学用具多媒体、水流星（绳、小桶、水）

教学过程

（一）

创设情景，激趣导入

【视频展示】通过多媒体课件看08年胶济铁路火车相撞车祸的视频，了解当时事故发生的背景：胶济铁路在村子的东北面有一个接近90度的转弯，从转弯处往西，中铁二十局正在施工建设的胶济客运专线大尚特大双线立交桥正在进行桥墩建设。事故就发生在拐弯处。济南铁路局工作人员表示，发生脱轨事故的T195特快列车最高行车速度为160公里/小时，而通常的行车速度为120-130公里/小时。但因为行车路段实行限速，则速度通常会限制在100-120公里/小时。4月28日下午6时，山东省委宣传部和济南铁路局党委宣传部联合召开的新闻会上，山东省委宣传部常务副部长姜铁军称，出事火车T195实际车速达131公里/小时，已经超速。【思考提问】弯道处的车祸是不是纯属偶然？这其中是否有事故发生的必然因素？【学生回答】——超速行驶学完这节课，我们就会明白弯道处限速的必要性。

（二）互动合作探究

一、讲火车拐弯的问题，先从花样溜冰中的拐弯入手【图片展示】花样溜冰，试分析运动员在拐弯时什么力提供向心力。【学生回答】——指向圆心的摩擦力考虑，自行车拐弯时是否相同？（是）进一步，汽车拐弯时，是否相同？汽车速度快于自行车，在向心力大小问题上有什么不同？【图片展示】公路拐弯处内侧低外侧高【学生讨论】为何如此设计？能否从向心力来源的角度分析该问题？(找学生起来回答，其余同学可作补充，教师辅助性补充订正，多媒体展示拐弯中的汽车受力分析图以及向心力来源)再进一步，讨论火车拐弯时向心力问题。【图片展示】教学生认识火车车轮的轮缘。【思考讨论】学生分析火车拐弯中向心力来源，怎样设计拐弯处铁轨才能避免轨道与车轮的损坏？学生设计，并分析车速较慢时的受力分析，找出向心力来源。【思考提问】回到刚开始的火车相撞事件上来，分析超速的危害。问，是否速度越慢越好？不是。内外轨的挤压问题。【知识要点】进一步强调向心力是一种效果力而非性质力。

二、拱形桥问题刚刚分析的火车拐弯是水平面上的圆周运动，竖直面上的圆周运动一样分析，如拱形桥上的汽车。【图片展示】拱形桥【诱思导学】学生分析最高点的行驶中汽车的向心力来源。拓展：凹形桥最低点的行驶中汽车的向心力来源。

【说一说】汽车不在拱形桥的最高或最低点时，它的运动能用上面的方法求解吗？为什么？【图片展示】受力分析情况及向心力来源【典型例题】水流星演示，辅助以多媒体展示例：杂技演员在做水流星表演时，用绳系着装有水的水桶，在竖直平面内做圆周运动，若水的质量m＝0.5kg，绳长l＝60cm，求：（1）最高点水不流出的最小速率；（2）水在最高点速率v＝3m/s时，水对桶底的压力。【解析】（1）在最高点水不流出的条件是重力不大于水做圆周运动所需要的向心力即：mg≤m则所求最小速率v0＝m/s＝2.42m/s.（2）当水在最高点的速率大于v0时，只靠重力提供向心力已不足，此时水桶底对水有一向下的压力，设为FN，由牛顿第二定律有FN＋mg＝mFN＝m－mg＝2.6N由牛顿第三定律知，水对桶底的作用力FN′＝FN＝2.6N，方向竖直向上【自主分析】整个解题过程以学生分析为主，可小组讨论交流，找出水流星与拱形桥的相同点和不同点【教师点拨】拱形桥属于有支撑，能通过最高点的最小速度为0，而水流星属于无支撑，能通过最高点的最小速度如例题解析所示。【规律总结】向心力来源的分析，重在受力分析，向心力等于指向圆心的力减去背向圆心的力，不管什么方向的圆周运动都是如此。【思考讨论】地球像个大拱桥，汽车速度越大，地面给它的支持力越小，支持力为零时驾驶员与座椅之间压力多大？其躯体各部分之间的压力多大？他会有怎样的感觉？【学生回答】压力为零，完全失重的感觉。

三、航天器中的失重现象

上面思考与讨论中的情景实际上已经在航天器中实现了。【图片展示】航天器中宇航员的完全失重现象【自主探究】由学生自主分析宇航员的受力情况，讲完全失重的原因所在。

四、离心运动【思考提问】做圆周运动的物体，比如拐弯中的火车、拱桥上的汽车、轨道上的航天器，由于惯性，总有沿着切线飞去的倾向，为什么没有飞出去？【学生回答】向心力拉着它。【思考提问】如果突然向心力消失，或提供的向心力满足不了需求，会怎样？发生离心运动。反之，所提供的向心力大于所需要的，则发生向心运动。阅读课本，知道离心运动的利弊，学会有效利用或防止离心现象。

【课堂小结】学习班长总结本节课学习到的知识，回归到最初说一下为什么火车拐弯处的限速是必要的，并对各组同学的展示表现作评价。

课后巩固习题（教学效果检测题）

一、知识与技能的巩固（基础题）1、在水平铁路转弯处，往往使外轨略高于内轨，这是为了（） A．减轻火车轮子挤压外轨B．减轻火车轮子挤压内轨C．使火车车身倾斜，利用重力和支持力的合力提供转弯所需向心力D．限制火车向外脱轨2、有一种大型游戏器械，它是一个圆筒形大容器，筒壁竖直，游客进入容器后靠筒壁站立，当圆筒开始转动，转速加快到一定程度时，突然地板塌落，游客发现自己没有落下去，这是因为（）A．游客受到的筒壁的作用力垂直于筒壁B．游客处于失重状态C．游客受到的摩擦力等于重力D．游客随着转速的增大有沿壁向上滑动的趋势3、关于离心运动，下列说法中正确的是()A．物体一直不受外力的作用时，可能做离心运动B．做匀速圆周运动的物体，在外界提供的向心力突然变大时做离心运动C．做匀速圆周运动的物体，只要向心力的数值发生变化就将做离心运动D．做匀速圆周运动的物体，当外界提供的向心力突然消失或数值变小时将做离心运动4、如图所示，下列物体做匀速圆周运动时，向心力分别由什么力提供？(1)小球在光滑的水平桌面上运动；(2)小球在水平面内运动；(3)玻璃球沿碗（透明）的内壁在水平面内运动；（不计摩擦）(4)使转台匀速转动，转台上的物体也随之做匀速圆周运动，转台与物体间没有相对运动；ALOm5、长度为L＝0.5m的轻质细杆OA，A端有一质量为m＝3.0kg的小球，如图所示，小球以O点为圆心在竖直平面内做圆周运动，通过最高点时小球的速率是2.0m／s，g取10mALOmA．6.0N的拉力 B．6.0N的压力C．24N的拉力 D．24N的压力

（第6题）6、如图所示，小物体位于半径为R的半球顶端，若给小物体以水平初速度v0时，小物体对球顶恰无压力，则()（第6题）A．物体立即离开球面做平抛运动B．物体落地时水平位移为C．物体的初速度D．物体着地时速度方向与地面成45°角二、过程与方法的体验（能力题）7、如图，直杆上O1O2两点间距为L，细线O1A长为，O2A长为L，A端小球质量为m，要使两根细线均被拉直，杆应以多大的角速度ω转动？三、情感态度与价值观的养成（拓展题）（第8题）8、现在有一种叫做“魔盘”的娱乐设施（如图），“魔盘”转动很慢时，盘上的人都可以随盘一起转动而不至于被甩开。当盘的转速逐渐增大时，盘上的人便逐渐向边缘滑去，离转动中心越远的人，这种滑动的趋势越厉害。设“魔盘”转速为6转/分，一个体重为30kg的小孩坐在距离轴心1m处（盘半径大于1m）随盘一起转动（没有滑动）。这个小孩受到的向心力有多大？这个向心力是由什么力提供的？（第8题）附：课后巩固习题答案：1、ACD2、C3、D4、【解析】（1）由重力、支持力、拉力的合力提供；（2）由重力、拉力的合力提供（3）由重力、支持力的合力提供（4）由静摩擦力（即合力）提供5、B6、ABC7、【解析】当ω较小时，线O1A拉直，O2A松弛，而当ω太大时O2A拉直，O1A将松弛。设O2A刚好拉直，但FO2A仍为零时，角速度为ω1，此时∠O2O1A=300，对小球：在竖直方向：FO1A·cos300＝mg①在水平方向：FO1A·sin300＝②由①②得设O1A由拉紧转到刚被拉直，FO1A变为零时，角速度为ω2对小球：FO2A·cos600=mg③FO2A·sin600=mω22L·sin600④由③④得，故8、11.8N，由小孩与盘之间的静摩擦力提供教学反思本节课的教案设计我认真研读了教材，查阅了大量资料，从网上搜索了大量与教学有关的资源，包括视频、动画、图片、习题等，我认为我能够有效利用多媒体课件给学生展示感性视频与图片，利于学生直观了解，同时课容量增大；在处理不宜理解的火车拐弯中的向心力分析问题上能够分层次逐步渗透设计思想，从花样溜冰到自行车到汽车再到火车，更符合学生掌握知识的客观规律；在处理竖直面上的圆周运动时能够分类讨论，做到点滴不漏；整个教学过程中不仅注重学生知识能