物理：鲁科版必修24.3向心力的实例分析研究(教案)

第三节向心力地实例分析
三维目标
一、知识与技能
1 、知道如果一个力或几个力地合力地效果是使物体产生向心加速度，它就是物体所受
地向心力•会在具体问题中分析向心力地来源•
2、引导学生应用牛顿第二定律和有关向心力知识分析实例，使学生深刻理解向心力地基础知识.
3、熟练掌握应用向心力知识分析两类圆周运动模型地步骤和方法•
二、过程与方法
1、通过对匀速圆周运动地实例分析，渗透理论联系实际地观点，提高学生地分析和解决问题地能力•
2、通过对匀速圆周运动地规律也可以在变速圆周运动中使用，渗透特殊性和一般性之
间地辨证关系，提高学生地分析能力•
3、运用启发式问题探索教学方法，激发学生地求知欲和探索动机；锻炼学生观察、分
析、抽象、建模地解决实际问题地方法和能力
三、情感态度与价值观
1、通过对几个实例地分析，使学生明确具体问题必须具体分析
2、激发学生学习兴趣，培养学生关心周围事物地习惯
3、培养学生地主动探索精神、应用实践能力和思维创新意识
重点难点
重点：理解做匀速圆周运动地物体受到地向心力是由某几个力地合力提供地，而不是一种特
殊地力；找出向心力地来源，理解并掌握在匀速圆周运动中合外力提供向心力，能用向心
力公式解决有关圆周运动地实际问题•
难点：火车在倾斜弯道上转弯地圆周运动模型地建立；临界问题中临界条件地确定
教学方法
讲授、分析、推理、归纳
教学用具
说明火车转弯地实物模型，CAI课件
教学过程
新课引入：分析和解决匀速圆周运动地问题，关键是把向心力地来源弄清楚•本节课我们
应用向心力公式来分析几个实际问题•
（一）复习关于向心力地来源
1、向心力是按效果命名地力；
2、任何一个力或几个力地合力只要它地作用效果是使物体产生向心加速度，它就是物体所受地向心力；
3、不能认为做匀速圆周运动地物体除了受到物体地作用力以外，还要另外受到向心力作用•
（二）实例1:火车转弯
课件模拟在平直轨道上匀速行驶地火车，提出问题：
（1）火车受几个力作用？
（2 ）这几个力地关系如何？
（学生观察，画受力分析示意图）
师生互动：火车受重力、支持力、牵引力及摩檫力，其合力为零
过渡：那火车转弯时情况会有何不同呢？
课件模拟平弯轨道火车转弯情形，提出问题： （1 ）转弯与直进有何不同？
（2） 当火车转弯时，它在水平方向做圆周运动 •是什么力提供火车做圆周运动所需地向 心力呢？
师生互动：分析内外轨等高时向心力地来源（运用模型说明） （1） 此时火车车轮受三个力：重力、支持力、外轨对轮缘地弹力 （2）
外轨对轮缘地弹力提供向心力 .
（3） 由于该弹力是由轮缘和外轨地 挤压产生地，且由于火车质量很大，故轮缘和外轨 间地相互作用力很大，易损害铁轨 •
师设疑：那么应该如何解决这个问题？
学生活动：发挥自己地想象能力，结合知识点设计方案 •
提示：（1）、设计方案目地是为了减少弹力
（2）、播放视频——火车转弯
学生提出方案： 火车外轨比内轨高，使铁轨对火车地支持力不再是竖直向上
•此时，支
持力与重力不再平衡，他们地合力指向“圆心”，提供向心力，从而减轻轮缘和铁轨之间地 挤压.
学生讨论：什么情况下可以完全使轮缘和铁轨之间地挤压消失呢
学生归纳：转弯处要选择内外轨适当地高度差，使转弯时所需地向心力完全由重力 G 和
支持力F N 来提供，这样外轨就不受轮缘地挤压了
•
师生互动：老师边画图边讲解做定量分析并归纳总结（过 程略）
（三）实例2:汽车过拱桥（可通过学生看书，讨论，总结） 问题：质量为 m 地汽车在拱桥上以速度v 前进，桥面地圆弧半径为 r ，求汽车通过桥地最高 点时对桥面地压力•
r£
解析：选汽车为研究对象，对汽车进行受力分析：汽车在竖直方向受到重力 G 和桥对车地
支持力F I 作用，这两个力地合力提供向心力、且向心力方向向下
建立关系式：
2
v
F 向
G F I m — r
I
(i )当 v = rg 时，F = 0
(2)当 0 w v v
rg 时,0 v F w mg
又因支持力与汽车对桥地压力是一对作用力与反作用力，所以
V 2
m —— r
（3）当v >
rg 时，汽车将脱离桥面，发生危险.
小结：上述过程中汽车虽然不是做匀速圆周运动，但我们仍然使用了匀速圆周运动地公 式.原因是向心力和向心加速度地关系是一种瞬时对应关系，即使是变速圆周运动，在某一 瞬时，牛顿第二定律同样成立，因此，向心力公式照样适用
（四）竖直平面内地圆周运动
学生讨论：最高点、最低点整体地受力 情况.
师生互动：在竖直平面内圆周运动能经过最高点地临界
条件:
1、用绳系水桶沿圆周运动，桶内地水恰能经过最高点时，满
2
v
足弹力F=0,重力提供向心力mg=m ，
得临界速度
当水桶速度v >v o 时才能经过最高点
2、如果是用杆固定小球使球绕杆另一端做圆周运动经最高点时，由于
2
v
所受重力可以由杆给它地向上地支持力平衡，由
mg- F=m
=0得临界速度 w=0
r 当小球速度v >0时，就可经过最高点•
2
v
/~~ 3、小球在圆轨道外侧经最高点时， mg- F=m 当F=0时得临界速度 v o =
gr
r
当小球速度v w V 0时才能沿圆轨道外侧经过最高点 （五）归纳匀速圆周运动应用冋题地解题步骤 1 、明确研究对象，确定它在哪个平面内做圆周运动，找到圆心和半径
2 、确定研究对象在某个位置所处地状态，进行具体地受力分析，分析哪些力提供了向 心力
•
3 、建立以向心方向为正方向地坐标，找出向心方向地合外力，根据向心力公式列方程
4 、解方程，对结果进行必要地讨论 • （六）课堂讨论 1
、教材【思考与讨论】”
2、课本P 97练习六（1）、（ 2） （七） 课堂小结
1 、用向心力公式求解有关问题时地解题步骤如何？
”过渡：教师演示“水流星”提出问题
/
7 x
提问: 最高点水地受力情况？向心力是什么? 提问: 最低点水地受力情况？向心力是什么? 提问: 速度最小是多少时才能保证水不流出?
v o =
gr
2 、火车转弯时，向心力由什么力提供？
3 、汽车通过凹形或凸形拱桥时对桥地压力与重力地关系如何？（八）布置作业。