生活中的圆周运动

第第页6.4生活中的圆周运动【教材分析】本节课是人教版物理必修二第六章的第四节，也是该章最后一节。《课程标准》要求学生能用牛顿第二定律分析匀速圆周运动的向心力。本节课是前面所学的知识的综合运用。与生活联系紧密如火车弯道，拱形桥都是常见的，同时也是运用向心力解决实际问题的一节。通过研究圆周运动规律在生活中的具体应用，使学生深入理解圆周运动规律，并且结合日常生活中的某些生活体验，加深物理知识在头脑中的印象。物理与生活相联系，进一步激发学生学习的积极性，让学生获得学习物理的兴趣。【学情分析】学生在第2节已经学习过向心力，理解做圆周运动的物体受到的合力指向圆心，提供向心力，具备足够的理论知识，本节重点是运用是理论知识分析生活中的圆周运动.在生活中有大量的圆周运动现象，例如游乐场中的旋转木马，过山车等.学生所了解的这些现象，丰富的体验是很好的教学资源，让学生建构起物理模型，用所学知识具体分析各种圆周现象，不仅能加深对理论知识的认识，更能解释这些现象，加强学生对物理与生活紧密联系的认识.【教学目标】物理观念：树立运动观念，加深学生对向心力的认识，使其会在实际问题中分析向心力的来源，并进行简单运算。科学思维：通过对火车转弯、拱形桥看做匀速圆周运动的实例分析，渗透理论联系实际的观点，提高学生分析和解决问题的能力。。科学探究：通过火车转弯、拱形桥物理模型的巩固，体会物理模型在物理学习中的重要性。科学态度与责任：通过向心力在具体问题中的应用，培养学生将物理知识应用于生活和生产实践的意识。【教学重点与难点】重点：能运用运动观和物质观分析生活中的常见的圆周运动，体会模型构建的方法。难点：具体问题中向心力的来源分析。【教学环境】多媒体设备（实物展台）、课件、几何画板工具【教学过程】新课引入通过前面章节的学习，我们已经对圆周运动的规律有了一定的认识，请同学们先观看一段视频：案例导入：播放2008年胶济铁路4.28火车脱轨特别重大交通事故模拟视频。 请问：问题1.视频中事故发生地点有什么特殊之处？（转弯处）问题2.原因有是什么?（超速，规定80km/h，实际速度131km/h）问题3.这个规定速度是怎样得来的？带着这些问题我们开始今天的学习——《生活中的圆周运动》。板书：6.4生活中的圆周运动新课教学首先，请大家明确本节课的学习目标：（1）能根据所学知识分析生活中的各种圆周运动现象，在此过程中体会模型构建的方法。（2）知道航天器中的失重现象。（3）观察生活中的离心现象，知道离心运动产生的原因，了解其在生活中的应用和所带来的危害。本节课的重难点：运用所学知识分析生活中的圆周运动，体会模型构建的方法。铁路是国家重要基础设施，受地形制约，弯道设计不可避免，每一段弯道可视为一小段圆弧，火车在较短时间内的运动可视为水平面内的圆周运动模型.火车弯道的设计1、展示火车转弯图片[来源:Z|xx|k.Com]问题4：分析火车转弯可看做什么样的运动？（圆周运动）思考与讨论： 火车车轮结构特点：火车的车轮由水平的踏面和突出的轮缘组成。问题5：轮缘的作用是什么？（轮缘有导向和防止脱轨的作用）问题6：某列火车匀速行驶在平直的轨道上，其受力情况如何？（火车受到4个力的作用：重力、支持力、牵引力和因摩擦、空气等产生的阻力，其中牵引力和阻力始终平衡，为做图方便，下面我们不在画出）。问题7：如果前方出现一个右转弯道，受力情况有何不同？①如果铁路弯道的内外轨一样高。演示实验：几何画板火车转弯时实际是在做水平面内圆周运动，因而水平面内具有向心加速度。重力和地面对铁轨的支持力在竖直方向上，不可能提供向心力，是什么力使它产生向心加速度？只能是火车外侧铁轨对轮缘的弹力提供火车转弯的向心力。问题8：路轨对车轮的弹力提供向心力，会产生什么影响？有何危害？火车质量和速度相当大，靠这种办法得到向心力，轮缘与外轨间的相互作用力太大，铁轨和车轮极易受损。问题9：假设你是一位从事铁路设计的工程师，请设计一套方案来解决这一实际问题？让学生分析、讨论和交流。（防止火车脱轨，根本上是减少铁轨与轮缘之间的挤压，我们可以设计弯道使外轨略高于内轨）问题10：现实中，火车弯道设计和同学们的方案一致，为什么要这样设计？小组讨论后请一名代表给大家讲解一下。②如果在弯道使外轨略高于内轨。如果在转弯处使外轨略高于内轨，火车转弯时铁轨对火车的支持力N的方向不再是竖直的，而是斜向弯道的内侧，水平、竖直方向正交分解，若：水平方向：NX=meq\f(v2,r)即支持力水平方向的分力恰好能够提供火车转弯所需的向心力，轮缘与铁轨间无挤压，这种情况下是最安全的，火车转弯时的规定速度就是这样得来的。问题11：请同学们计算出规定速度的表达式？（学生活动）规定速度：v=eq\r(grtanθ)【思考与讨论】若火车行驶的速度大于规定速度，火车受力情况有变化吗？（学生活动）支持力的分力NX不足以提供火车做圆周运动的向心力，需要其它力来补充，这个力只能是铁轨对火车沿铁轨平面的斜向下的弹力。这就是为什么视频中火车弯道处超速是火车脱轨和翻车的主要原因。同理，若火车行驶的速度小于规定速度，铁轨对火车沿铁轨平面的斜向上的弹力【小试牛刀】[例1]质量为2.0×103kg的汽车在水平公路上行驶，轮胎与路面间的最大静摩擦力为1.4×104N。汽车经过半径为50m的弯路时，如果车速达到72km/h，这辆车会不会发生侧滑？演示实验：二、桥梁设计展示图片拱形桥凸形桥生活中道路设计还有很多，比如桥梁设计：平桥、拱形桥、凹形桥。思考与讨论：①公路在通过小型水库泄洪闸的下游时常常要修建凹形路面，也叫“过水路面”。请思考其中原因？同样把这桥看成圆周运动的一部分，在竖直方向对车进行受力分析。得：，根据牛顿第三定律可知，车辆对桥的压力汽车通过凹形路面的最低点时,车对地面的压力比汽车所受的重力大，即处于超重状态，这样车就不容易被水冲走了。②汽车过拱形桥（凸桥）时，在最高点车对桥面的压力又怎样？同样把这桥看成圆周运动的一部分，在竖直方向对车进行受力分析。应该刚才的结论：移项得根据牛三定律，汽车对桥的压力与桥对汽车的支持力FN是一对作用力和反作用力，大小相等。所以压力的大小为。【思考与讨论】地球可以看作一个巨大的拱型桥，其半径就是地球半径R.如果一辆汽车在地球表面运动的速度足够大会发生什么现象？（汽车“飞”离桥面做抛体运动）小试牛刀【例2】以绕地球做匀速圆周运动的宇宙飞船(含宇航员）M为例，当飞船距地面高度为100〜200km时，它的轨道半径近似等于地球半径R，航天员m受到的地球引力近似等于他在地面受到的重力mg,证明：航天员处于是完全失重状态。火车弯道和拱桥都是提供的力恰好等于所需的向心力，若外界提供的力发生突然变化，运动又会怎样？三、离心运动（1）离心运动做圆周运动的物体，—旦提供的力突然消失，由于本身的惯性，物体就沿切线方向飞去，离圆心越来越远。除了提供的力突然消失外，在合外力F不足以提供物体做圆周运动所需的向心力，即供需双方不能满足需要时，物体将偏离原来运动的圆轨道。物体将沿切线和圆周之间的某条曲线运动，离圆心越来越远，如图所示。若外界提供的力突然变大，在合外力F超过圆周运动所需的向心力时，物体将离圆心越来越远，如图所示。（2）离心运动的应用和防止①离心运动的防止运动具有复杂性，同学们要学会运用所学的知识，做到趋利避害。弯道设计就是避害的一种，如下图②离心运动的应用生活中也有很多趋利的设计。，如下图所示： 回顾整节课，我们一起总结一下圆周运动模型的的一般处理步骤：（1）明确对象，找出圆周平面，确定圆心和半径；（2）进行受力分析，画出受力分析图;（3）求出在半径方向的合力，即向心力；（4）求出物体做圆周运动所需的向心力（5）结合匀速圆周运动的特点列方程求解。生活中很多现象都与物理知识有关，希望同学们都能做到眼中有物,心中有理。本节课就讲到这里，下课。【板书设计】6.4生活中的圆周运动一、火车转弯①如果在弯道使外轨略高于内轨支持力F支与重力mg的合力指提供部分向心力：F合＝mgtanθ二、汽车过拱形桥1、汽车过凹桥时：2、汽车过凸桥时：指向圆心的力-背向圆心的力=向心力【教学反思】重视学生的学习过程，体现“以学生为主体，以教师为主导”的新型师生关系，强化情感、态度与价值观的教育，发展学生的科学素养。力图在教学中营造活跃、宽松的学习氛围，鼓励学生合作探究，为学生与学生、教师与学生的交流与合作创设更多的机会【知识拓展】2013年6月20日太空授课内容（1）制作水球一个金属圈插入饮用水袋并抽出后，形成了一个水膜。用饮水袋不断注水，水膜很快长成一个晶莹剔透的大水球。水球内有连串的气泡，用针筒取出，水球却不受任何破坏。揭秘：液体表面张力（2）“单摆”运动T形支架上，细绳拴着一颗小球。王亚平将小球拉升至一定高度后放掉，小球像着了魔似的，用很慢的速度摆动。随后，王亚平用手指轻推小球