生活中的圆周运动

高一物理第六章第八节

《生活中的圆周运动》（第一课时）

教学目标：

知识与技能：

引导学生应用牛顿第二定律和有关向心力知识分析实例，使学生掌握应用向心力知识分析两类圆周运动模型（竖直面内仅要求最高点和最底点）。

过程和方法：锻炼学生观察、分析、抽象、建模的解决实际问题的思路和方法。

情感、态度和价值观：

培养学生的应用实践能力和思维创新意识；运用生活中的几个事例，激发学生的学习兴趣、求知欲和探索动机；通过对实例的分析，建立具体问题具体分析的科学观念。教学重点：

用向心力知识分析解释关于向心力应用的两个实例。

教学手段：

综合运用演示实验、多媒体课件等教学手段。

教学方法：

启发式问题探索教学方法。

教学过程：

一、观看影片

注意观察赛车易发事故点在什么地方？

引出本节课内容：水平面内的圆周运动和竖直面内的圆周运动（仅限最高点和最底点）向心力的应用。

二、水平面内的圆周运动分析

（观看影片）提出问题引导学生注意观察火车转弯时铁轨弯道的特点。〈火车转弯铁轨倾斜〉

(一) 火车在水平弯道上的分析

1、[火车车轮介绍] （以图片方式展示车轮和铁轨）

车轮有突出的轮缘

2、[火车转弯特点]

火车转弯是一段圆周运动。圆周轨道为弯道所在的水平轨道平面。

（以图片方式展示火车转弯的圆周运动轨道）

3、[受力分析，确定向心力来源]（以图片方式展示火车转弯时的受力情况）

分析火车的受力情况，确定其向心力由外轨对外侧车轮的轮缘的弹力提供。

4、[平直弯道的弊端分析]

向心力由铁轨和车轮轮缘的相互挤压作用产生的弹力提供，由于火车质量大，速度快，由公式F向=mv2/r，向心力很大，对火车和铁轨损害很大。

(二) 倾斜弯道分析：

1、[火车转弯特点]（以图片展示火车转弯情景）

分析火车在倾斜弯道上（外轨略高于内轨）转弯的运动特点，火车转弯是一段圆周运动。

2、[受力分析，确定向心力来源]（以图片方式展示火车在倾斜弯道上转弯时的受力情况。）

分析火车的受力情况，确定其向心力来源。选择合适的弯道倾斜角度，使向心力仅由N和mg的合力F合提供：

F向= mv02/r = F合= mgtgθ

v0=

（1）当v= v0，F向=F合

内外轨道对火车两侧车轮轮缘都无弹力。

（2）当v〉v0，F向〉F合

外轨道对外侧车轮轮缘有弹力。

（3）当v〈v0，F向〈F合

内轨道对内侧车轮轮缘有弹力。

3、[总结]

要使火车转弯时损害最小，应以规定速度转弯，此时内外轨道对火车两侧车轮轮缘都无弹力。

通过练习题讨论：为什么转弯处的火车运行速度有限制？

(三) [拓展及应用]

1、学生解释高速公路弯道处也是外高内底（并且超车道比主车道更加倾斜），[使重力

和支持力的合力提供车辆转弯时的向心力。]

2、飞车走壁图片（海南汽车实验场）

三竖直面内的圆周运动（仅限最高点和最底点）(以汽车过拱形桥为例说明)

(一) 分析汽车通过最高点时对桥的压力(课件板书)

1、[汽车过拱形桥特点]（以图片展示汽车过拱形桥情景）

汽车过拱形桥做局部的圆周运动。圆周轨道为弯道所在的竖直轨道平面。

2、[受力分析，确定向心力来源]（以图片方式展示汽车在竖直弯道上的受力情况）

分析汽车的受力情况，确定其向心力由汽车的重力和桥面对汽车支持力的合力提供。

(二) 学生分析汽车通过最底点时对桥的压力。

(三) 图片展示比较汽车过桥的三种情形。

(四) 影片实验验证注意观察指针偏转位置。

（五）[拓展及应用]

1、演示杂技”水流星”

2、演示小球过“山车”

学生求小球过“山车”在竖直平面内做圆周运动的最高点临界速度（最小速度）（知小球过“山车”在竖直平面内做圆周运动的半径为R）

3、思维拓展（课后作业）思考与讨论

地球可以看做一个巨大的拱形桥。汽车沿南北行驶，不断加速。请思考：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0？此时汽车处于什么状态？驾驶员与座椅间的压力是多少？驾驶员躯体各部分间的压力是多少？驾驶员此时可能有什么感觉？

(这种状态下的“汽车”,称为航天器)

四小结

1、水平面内的圆周运动

2、竖直面内的圆周运动（仅限最高点和最底点）

五作业

课后作业思维拓展思考与讨论

书面作业教材P60 2 、3

学生课堂练习

班级第组姓名

一质量m=100t的火车在轨道上行驶,火车内外轨连线与水平面夹角为370弯道半径R=30m.

(第一二组做) (1)当火车的速度v1=10m/s时,轨道何处受侧压力?方向如何?

(第三四组做) (2)当火车的速度v2=15m/s时,轨道何处受侧压力?方向如何?

(第五六组做) (3)当火车的速度v3=20m/s时,轨道何处受侧压力?方向如何?

二学生通过列式计算分析汽车通过最低点时车对桥的压力

（知车质量为m，车在桥的最高点速度为v,桥半径为R）

三求小球过“山车”在竖直平面内做圆周运动的最高点临界速度（最小速度）（知小球过“山车”,做圆周运动的半径为R）

四思考与讨论（课后作业）

地球可以看做一个巨大的拱形桥。汽车沿南北行驶，不断加速。请思考：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0？此时汽车处于什么状态？驾驶员与座椅间的压力是多少？驾驶员躯体各部分间的压力是多少？

驾驶员此时可能有什么感觉？