《第3节 向心力的实例分析》教学设计(福建省市级优课)

《向心力的实例分析》教案
教学目标：
一、知识与技能：
1.学会分析生活中圆周运动实例的向心力来源
2.应用牛顿第二定律和有关向心力知识分析实例，深刻理解向心力的基础知识
3.熟练掌握应用向心力知识分析两类圆周运动模型的步骤和方法.
二、过程与方法:
通过分析生活中的车转弯等实际物理问题，掌握应用牛顿运动定律解决圆周运动问题的一般方法和步骤。

三、情感态度与价值观：
1.通过对匀速圆周运动的实例分析，渗透理论联系实际的观点，提高学生的分析和解决问题的能力.
2. 激发学生学习兴趣，培养学生关心周围事物的习惯、主动探索精神、应用实践能力和思维创新意识.
教学重、难点
重点：在具体问题中能找到是谁提供向心力的，并结合牛顿运动定律求解有关问题。

难点：具体问题中向心力的来源．关于对临界问题的讨论和分析．
教学方法：导学法、讨论法、演示法
教具：多媒体、自制火车轨道、车轮模型、过山车模型
教学过程
一、引入新课
生活中有各式各样的圆周运动。

多媒体展示：摩托车转弯、过山车、汽车转弯的视频或图片。

二、新课教学
（一）水平面上的圆周运动
1、汽车转弯
演示1：玩具车做直线运动进行受力分析，用细线栓住小车，小
车做圆周运动，进行受力分析，线对车的拉力作为向心力。

物
体做圆周运动需要一个向心力来维持。

演示2：用电动遥控车模拟汽车转转弯，此时没有细线的拉力，那么是什么力提供它圆周运动所需的向心力呢？
学生活动一：对汽车车进行受力分析，找出向心力的来源，列出动力学方程，并表示出汽车能安全转弯的速度表达式。

教师引导：我们在弯道跑步时有什么感受？谈谈自己的体会。

那么汽车转弯时是否也有向外侧滑动的趋势。

总结：如果汽车的速度过大，侧向静摩擦力不足以提供所需的向心力，那么汽车就会飘移，构成危险，所以弯道往往要限速。

多媒体展示汽车转弯时的侧滑，和高速公路转弯处的限速牌。

r mv f 2=m
fr
v =
过渡：汽车在水平面内转弯是借助侧向静摩擦力转弯，那火车在水平面内转弯是否也是由侧向静摩擦力提供向心力？
2.火车转弯
展示自制火车轨道和车轮的模型，提示学生观察其特点
学生思考：观察火车轮的特点并思考火车在水平路面上转弯时，火车需要的向心力来源？（提示：由于火车质量很大、速度也不小）这样对轨道和列车有什么影响？
外轨对轮缘的弹力提供向心力：N=F 向心=r
mv 2
回答：火车质量很大，速度也不小，外轨对轮缘的弹力很大，外轨和外轮之间的挤压过大， 铁轨容易受到损坏。

学生活动二，讨论交流：给出“设计”小栏目，为了增大火车在转弯时的安全性及减少车体及设施的破坏性，请你为路面设计工作人员提一些建议。

回答：让转弯处外轨略高于内轨，使铁轨对火车的支持力不再是竖直向上.此时，重力和支持力不再平衡，它们的合力指向“圆心”，提供向心力，从而减轻铁轨和轮缘的挤压.
播放火车转弯时的录像资料。

学生活动三：在下图中作出火车完全不靠侧向压力提供匀速转弯
所需向心力时的受力分析图，找出向心力的来源，当火车的质量
为m ，转弯处轨道半径为r ，轨道倾角为α时，列出动力学方程并
解出火车转弯时的规定速度v 。

思维拓展：v> v 0或v<v 0情况下轨道与车轮间的作用情况如何？
当 v> v 0 时，火车的外轨受到挤压，
当 v<v 0 时，火车的内轨受的挤压。

还有哪些实例和这一模型相同？
总结：物体在水平面的匀速圆周运动，从受力分析的角度看；向心力的方向一定在水平方向上，因此物体除了受竖直方向的力外，一定受到其他方向的力，才有可能提供水平方向圆周运动的向心力．
（二）竖直平面内的圆周运动
向合F F =R v m mg 20tan =∴αα
tan 0Rg v =。