《生活中的圆周运动》说课课件

v2 FN mg +m （超重） R
万有引力提供向心力
4、航天器中失重现象 离心运动
F合 Fn man 供<需
离心运动的应用和防止
实例
一、铁路的弯道
思考：
• 在平直轨道上匀 速行驶的火车， 火车受几个力作 用？这几个力的 关系如何？那火 车转弯时情况会 有何不同呢？ • 火车转弯时是在 做圆周运动，那 么是什么力提供 向心力？
车轮的构造
火车车轮有突出的轮缘
铁路的弯道 ——内外轨道一样高
F F向心力
N
v2 m r
.
G
该“思考与讨论”中描述的情景其实已经实现， 不过不是在汽车上，而是在航天飞机中．
思维拓展
汽 车 速 度 增 大
v
分析
三、航天器中的失重现象
假设宇宙飞船总质量为M，它在地球表面附 近绕地球做匀速圆周运动,速率为V，其轨道半 径近似等于地球半径R，航天员质量为m，宇宙 飞船和航天员受到的地球引力近似等于他们在 地面上的重力．试求座舱对宇航员的支持 力．通过求解你可以得出什么结论?
• 为了更好的处理教材中的材料，我采用以 下教学思路： • 1、以圆周运动的动力学本质为主线，区分 出圆周运动和离心运动两个内容，其中第 一部分为主干 • 2、定性分析与定量分析相结合的实例教学， 突出对生活中实际问题的科学解释和优化 方案提出。
• 引题 • 讲一个真实报到：湖南长沙市天心区与湘府西路与书院南 路交叉中处，四个月内连续发生11起车祸，其间，有关部 门在540米内设立两个黄灯、5个橡胶减速带、5个警示标 志，并限速10Km/h，但车祸还是继续发生，车总是撞到 路对面的房子上，害得这家的人不敢在临街的屋子里住。 最后一次一辆大卡车将这家的房子撞塌，并将一个女大学 生撞死。有记者去采访大学物理系的教授才弄清了是怎么 回事，并不是先前有人说的是风水问题。 • 实际上，只需采访一下我们班的同学即可，前提是要认真 学习本节的知识——生活中的圆周运动
汽车赛道转弯处是外高内低 （并且超车道比主车道更加倾斜）
Fn
G
汽车在倾斜路面上转弯 靠合力提供向心力
F合=mgtanθ=Fn
1．如图 3-4-2 所示， 公路路面的倾斜角为θ，设弯道路段的半径为R，重力加速度为
g，要保证安全，汽车在弯道路段的行驶速度应满足(
A．v＝gRtanθ B．V＝gR2tanθ C．V≤ D．V≤
• 1、本课是必修2 第五章的第7节， 也是这 一章的最后一节。这一节是本章关于圆周 运动的总结，相对于下一章的万能有引力 与航天，起到承上启下的作用。 • 2、教材的内容涉及多种生活中的实际问题， 容量较大，根据教材并结合教学实际，可 将问题分为定性和定量分析
3、教学目标 （1）知识与技能
• 1.能定性分析火车转弯外轨比内轨高的 原因。 • 2.能定量分析汽车过拱形桥最高点和凹 形桥最低点的压力问题。 • 3.知道航天器中的失重现象的本质。 • 4.知道离心运动及其产生的条件，了解 离心运动的应用和防止。 • 5.会用牛顿第二定律分析圆周运动。
一宇宙飞船绕地球做匀速圆周运动，距地面一二 百千米时，它的轨道半径近似等于地球半径，航 天员受到地球引力近似等于重力
v2 mg FN m R v2 FN m( g ) R v gR 船舱对航天员的支持力为零，航天员
处于失重状态。
提供物体做圆周 运动的向心力
F =m
v
2
r
物体做圆周运动 所需要的向心力
D．将做平抛运动
解析：做匀速圆周运动的物体，当合外力突然小于向心力 时，物体将做离心运动．
回顾引例
• 引题 • 讲一个真实报到：湖南长沙市天心区与湘府西路与书院南 路交叉中处，四个月内连续发生11起车祸，其间，有关部 门在540米内设立两个黄灯、5个橡胶减速带、5个警示标 志，并限速10Km/h，但车祸还是继续发生，车总是撞到 路对面的房子上，害得这家的人不敢在临街的屋子里住。 最后一次一辆大卡车将这家的房子撞塌，并将一个女大学 生撞死。有记者去采访大学物理系的教授才弄清了是怎么 回事，并不是先前有人说的是风水问题。
A．1.0×103 N
B．2.0×103 N
C．7.5×103 N D．5.0×103 N 图 3-4-1
若速度为10m/s呢?
汽车在拱形桥最高点运动时，存 在临界速度。即当 F 0 时， N 2 有
v0 mg m R
则临界速度为
v0 gR
拓展
凹形桥
下面自己分析汽车通过凹形桥最低点时，汽车 对桥的压力比汽车的重力大些还是小些?
（2） 过程与方法：
• 通过受力分析，并联系圆周运动推出修铁 路和公路时在转弯处为何外侧高，航天器 航天员为何处于失重状态，让学生明白进 行科学的推理与计算也是解决实际问题的 重要方法，另外，联系在生活中观察的现 象，结合物理学进行思考也是获取物理知 识的过程。
（3） 情感、态度和价值观：
• 通过一些交通事故的解释，使学生明，作 为建筑施工工程师的重大责任，严谨科学 态度的重要性，使学生建立学习物理的责 任感和自豪感。
)
gRsinθ
图 3-4-2
gRtanθ
实例
二、拱形桥
思考：
公路上的拱 形桥是常见的， 汽车过桥时， 也可以看做圆 周运动。那么 是什么力提供 汽车的向心力 呢？
二、汽车过桥
1 2
3
以“凸形桥”为例分析：
汽车通过桥最高点时， 车对桥的压力
1、分析汽车的受力情况 2、找圆心 3、确定F合即F向心力的方向。
• 学生分析汽车通过最底点时车对桥 (过 水路面)的压力
v N Gm r
2
模拟实验
图9)。
小结：
汽车对桥面的压力 超重失重状态
最高点
v N Gm G r
2
最低点
v N Gm G r
2
思考与讨论 地球可以看做一个巨大的 拱形桥，桥面的半径就是地 球的半径。会不会出现这样 的情况：速度大到一定程度 时，地面对车的支持力是零？ 这时驾驶员与座椅之间的压 力是多少？……
离 心 分 离
(单选)下列预防措施中， 与离心现象无关的是( B )
A．砂轮的外侧加防护罩 B．厢式电梯张贴限载标识 C．火车拐弯处设置限速标志
D．投掷链球的区域加防护网
(单选)一个做匀速圆周运动的物体，当 F合突然小于
mrω2 时( C )
A．沿切线方向做匀速直线运动飞出 B．将做靠近圆心的曲线运动 C．将做远离圆心的曲线运动
当 “供”“需”平衡时，物体做圆周运动 想一想：当 “供”“需”不平衡时，物体 将如何运动呢？
观察
实例
四、离心运动
1、定义：
当向心力突然消失或者指向圆心的合力不足 时，物体做逐渐远离圆心的运动，叫做离心运 动。
2、离心运动的应用与防止
离 心 运 动 的 应 用 离 心 甩 干 离 心 抛 掷
离 心 脱 水
板书设计
1、火车转弯
v2 mg tan m R
2、拱桥（最高点） 圆周运动
临界速度v0 gR tan
F合 Fn man 供=需
v2 mg FN m R
v2 FN mg m （失重） R
FN =0时，临界速度v0 gR
3、凹桥（最低点）
v2 FN mg m R
F
外轨对轮缘的弹力提供向心力
靠这种办 法得到的向 心力缺点是 什么？如何 解决这一实 际问题？
【最佳方案】
外轨略高于内轨
【方案剖析】
FN
解析：F合 Fn
F合
v m g t an m R
2
火车转弯规定临界速度:
α
v临界 gR tan
G
重力G与支持力FN的合力F合是使火车转弯的向心力
小结
通过本节课的学习我们知道：
一、铁路的弯道 1．外轨高于内轨时重力与支持力的合力是使火车转弯的向心力 2．讨论：为什么转弯处的半径和火车运行速度有条件限制? 二、拱形桥 1．思考：汽车过拱形桥时，对桥面的压力与重力谁大? 2．竖直面内圆周运动中的超重、失重情况． 三、航天器中的失重现象 万有引力提供向心力，支持力为零，完全失重 四、离心运动 1．离心现象的分析与讨论． 2．离心运动的应用和防止．
5.7
生活中的圆周运动(说课）
一、 学情分析：
• 学生已经学习了匀速圆周运动、向心力、 向心加速度的概念，已经对圆周运动有了 比较清晰的认识，但学生对于向心力来源， 涉及向心力的有关计算，还比较模糊，这 样就不能进行知识迁移和解决实际问题。 而解决实际问题的能力，学生还是比较欠 缺的。
二、 教材分析
4、重、难点
• • • • （1） 火车车轮轮缘的作用 （2） 汽车过拱桥临界问题 （3） 航天器中失重的解释 （4） 汽车转弯离心运动的解释
三、教法和学法
• 教法：教师引导学生讨论、探究，在关键 处给予点拨，让学生亲自动笔、推导并表 述； • 学法：推导、探究、讨论，发表意见；
四、 教学过程
对轮缘有挤压
当火车行驶速率v>v规定时
外轨对轮缘有侧压力 N
当火车行驶速率v<v规定时
内轨对轮缘有侧压力
N′
G 火车行驶速率v>v规定
N′
N
G来自百度文库
火车行驶速率v<v规定
注意
从这个例子我们进一步知道 ：
1、火车转弯时向心力是水平的．
2、向心力是按效果命名的力， 如果认为做匀速圆周运动的物 体除了受到另外物体的作用， 还要再受到一个向心力，那就 不对了。
• 【研究与讨论】
如果火车在转弯处的速度不等于 规定速度，会发生怎样情况？
讨论：
1.当v gR tan ,
Fn > Fn=
F提 合力不足以提供向心力
外轨对轮缘有挤压；
2.当v gR tan , 3.当 v gR tan , F提合力恰好等于向心力
内外轨对轮缘都无挤压
Fn < F提合力大于向心力，内轨
4、列方程
N
F合 F向心力
v GN m R
v N Gm R
2
F合= G-N
G
2
v 压力 N ' N G m R
·
2
思考：汽车在拱形桥顶端的速度不同， 桥对车的支持力也不同，有什么不同呢 ？
向心力的计算
【例】如图3-4-1 所示，汽车质量为 1.0×103 kg， 以 5 m/s 的速率通过拱形桥的最高点，拱桥的半径为 10 m，g 取 10 m/s2，此时汽车对拱形桥的压力大小为