5.7生活中的圆周运动教学设计(高一物理精品教案)

第7节生活中的圆周运动
【教学目标】
（一）、知识与技能
1、知道如果一个力或几个力的合力的效果是使物体产生向心加速，它就是圆周运动的物体所受的向心力。

会在具体问题中分析向心力的来源
2、学会独立观察、分析问题、解决问题的能力。

3、知道向心力和向心加速度的公式也适用于变速圆周运动，会求变速圆周运动中物体在特殊点的向心力和向心加速度。

（二）、过程与方法
1、通过对匀速圆周运动的几个实例分析，渗透理论联系实际的观点，掌握用牛顿第二定律分析向心力的方法，提高分析和解决问题的能力.
2、通过匀速圆周运动的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的辩证关系，提高分析能力.
(三)、情感、态度与价值观
1、通过对几个实例的分析，学会用合理、科学的方法处理问题。

2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。

体验独立解决问题的喜悦。

3、通过生动的演示实验，感受物理学科的魅力。

【教学重点】
1、理解向心力是一种效果力。

2、在具体问题中能找到向心力的来源，并结合牛顿运动定律求解有关问题。

【教学难点】
1、具体问题中向心力的来源。

2、关于对临界问题的讨论和分析。

【学情分析】
在学习本节内容之前，学生已学习了描述圆周运动的相关概念及公式（如线速度、角速度、向心加速度等）和向心力；并已知道对于一般的曲线运动，尽管这时曲线各个地方的弯曲程度不一样，但在研究时只要取足够短的一小段，就可以采用圆周运动的分析方法进行处理；但学生对向心力的理解还不够透彻，存在一些错误的前概念，例如部分学生错误地理解为做圆周运动的物体受到一个向心力。

处于高一阶段的学生，其思维习惯中形象思维占的比例还比较大，利用数学方法进行分析的能力有待进一步的开发和提高。

【教学方法】
启发法、讲授法、分析归纳法、讨论法
【教学工具】
投影仪、自制教具、多媒体辅助教学设备等
【教学过程】
（一）引入新课
教师活动：复习匀速圆周运动知识点（温故知新）
①物体做圆周运动时，必须有力提供向心力.
②向心力
方向：总是指向圆心,
作用效果只改变速度 的方向， 大小：
r v m F n 2
= 学生活动：思考并回答问题。

教师活动：倾听学生的回答，点评、总结。

教师活动：复习：受力分析、牛顿第三定律
'N N F F =
超重与失重
公式 r
v m F n 2
的应用 ①确定轨道，圆心○、半径r
②规定正方向：以向心加速度的方向为正方向
导入新课：在物理学习过程中，理论联系实际是十分重要的。

本节课通过几个具体实例的探讨来深入理解相关知识点并学会应用。

（二）进行新课
1、铁路的弯道
教师活动：视频展示行驶中的火车。

提出问题：
1、火车车轮的结构是怎样的？
2、火车行驶的轨道有什么特点？
学生活动：1、观察火车运动情况。

师生互动：如图所示，火车车轮有突出的轮缘，轮缘位于铁轨内侧
教师活动：请同学们思考，列车的脱轨、翻车事故容易出现在什么地方？
学生活动：铁路的弯道处
教师活动：那让我们详细分析一下火车转弯时情况
师生互动：转弯时需要提供向心力，而平直路前行不需要。

受力分析得：需增加一个向心力（效果力），外轨对轮缘的弹力F 提供向心
力F=Fn
教师活动：提出问题：挤压的后果会怎样？
学生讨论：该弹力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,所以容易损坏铁轨.
教师活动：设疑引申：那么应该怎样来解决这一实际问题？结合学过的知识加以讨论，提出可行的解决方案，并画出受力图，加以定性说明。

学生活动：发挥自己的想象能力，结合知识点设计方案。

结合受力图发表自己的见解。

教师活动：外轨高内轨低时转弯
火车受的重力和支持力的合力提供向心力，对内外轨都无挤压，这样就达
到了保护铁轨的目的。

此为火车转弯时的设计速度
强调说明：向心力是水平的.
思考:
(1)如果v 行驶>v 设计,情况如何? 轮缘受到外轨向内的挤压, 外轨易损坏。

(2)如果v 行驶<v 设计,情况如何? 轮缘受到内轨向外的挤压力, 内轨易损坏。

2、汽车过桥
学生活动：观看图片，交通工具过拱形桥和凹形桥。

教师活动：将现实问题抽象化。

教师活动：通过自制轨道模拟小车过拱形桥和凹形桥
学生观察到1、小球经过凹形桥最低点时电子称的示数比刚开始时轨道加小球的示数
θ
tan rg v =⇒r v m mg 2
tan =θ
大，启发学生思考背后的原因。

（将轨道和小球静止置于电子称上，调零）
2、小球经过拱形桥最高点时电子称的示数比开始时的示数小。

结论：当小球通过凹形桥最低点时发生了超重现象，当小球经过拱形桥最高点时发生
了失重现象。

那么接下来我们就来具体探究这些现象背后的物理规律。

学生活动：求汽车以速度v 通过半径为r 的拱桥最高点时对拱桥的压力。

在学案上独立画出汽车的受力图，推导出汽车对桥面的压力。

学生代表发言。

教师活动：投影学生推导过程，听取学生见解，点评、总结。

提示：先找出圆心的位置，向心加速度指向圆心，以加速度的方向为正方向 解题思路：在最高点，对汽车进行受力分析，确定向心力的来源；由牛顿第二定律列
出方程求出汽车受到的支持力；由牛顿第三定律求出桥面受到的压力。

2
mv G N r
-= 2v N G m r =- 可见汽车的速度越大对桥的压力越小。

（失重）
思考：当汽车对桥的压力刚好减为零时，汽车的速度有多大？当汽车的速
度大于这个速度时，会发生什么现象？
学生活动：思考问题并发表见解。

当 v = 时汽车对桥的压力为零。

（临界速度）
当ｖ大于ｖ临界时飞离桥面做平抛运动！
教师活动：那么当汽车经过凹形桥最低点时，它对桥的压力应该如何求得，请同学们根据解拱形桥的思路，完成学案中的凹形桥问题。

求汽车以速度v 通过凹形路段最低点时对路面的压力？
G 和N 的合力提供汽车做圆周运动的向心力，
由牛顿第二定律得：
2
v
N G m
r
-=
2
v
N G m
r
=+
可见汽车的速度V越大，对桥的压力越大（超重）。

（三）课堂练习、总结
1.一辆卡车在丘陵地匀速行驶,地形如图所示,由于轮胎太旧,途中爆胎,爆胎可能性最大的地段应是( )
A. a处
B. b处
C. c处
D. d处
可能飞离路面的地段应是？
2.如图6．8—7所示，汽车以一定的速度经过一个圆弧形桥面的
顶点时，关于汽车的受力及汽车对桥面的压力情况，以下说法正
确的是 ( )
A.在竖直方向汽车受到三个力：重力、桥面的支持力和向心力
B.在竖直方向汽车只受两个力：重力和桥面的支持力
C.汽车对桥面的压力小于汽车的重力
D．汽车对桥面的压力大于汽车的重力
【课后作业】
完成学案中的课后作业。

【板书设计】§5.7生活中的圆周运动
一、火车转弯
当火车以设计速度转弯时，重力与支持力的合力提供向心力
二、汽车过桥
拱形桥：
2
mv
G N
r
-=
2
v
N G m
r
=-
凹形桥：
2
v
N G m
r
-=
2
v
N G m
r
=+。