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新人教版高中物理必修二《生活中的圆周运动》精品教案
课 题 §5.8生活中的圆周运动 课 型 新授课 教学目标知识与技能 1．会在具体问题中分析向心力的来源． 2．能理解运用匀速圆周运动的规律分析和处理生产和生活中的具体实例． 过程与方法 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，提高学生分析和解决问题的能力． 2．通过对离心现象的实例分析，提高学生综合应用知识解决问题的能力． 情感、态度与价值观 1．通过对几个实例的分析，使学生明确具体问题必须具体分析，理解物理与生活的联系，学会用合理、科学的方法处理问题． ． 2．通过离心运动的应用和防止的实例分析．使学生明白事物都是一分为二的，要学会用一分为二的观点来看待问题． 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是谁提供向心力的，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 知识主干 一．新课导入。 二．新课的讲授。 [复习提问] [新课教学] 【一】铁路的弯道 《一》、铁路的弯道 师：同学们思考在平直轨道上匀速行驶的火车受几个力作用?这几个力的关系如何? 生：火车受到4个力的作用，各为两对平衡力，即合外力为零． 师：对，火车受重力、支持力、牵引力及摩擦力．且四个力合力为零，其中重力和支 持力的合力为零，牵引力和摩擦力的合力为零． 师：那火车转弯时情况会有何不同呢? 生：转弯时火车的速度方向在不断变化，故其一定有加速度，其合外力一定不为零． 师：对，转弯时合外力不为零，即需要提供向心力，那么火车转弯时是如何获得向心 第 1 页 共 4 页
重难点 教 学 活 动 师：请同学们回顾并叙述出对于圆周运动你已经理解和掌握了哪些基本知识。 生：我已经理解和掌握了可以用线速度、角速度、转速和周期等来描述做圆周运动物体的运动快慢；知道了圆周运动一定是变速运动，一定具有加速度；掌握了对于圆周运动的有关问题还必须通过运用牛顿第二定律去认真分析和处理． 生：从匀速圆周运动中总结出来的基本规律，通过运用等效的物理思想也可以去处理变速圆周运动的有关问题． 师：刚才几位同学各自从不同的角度回顾和交流了对圆周运动有关基本知识和基本规律的认识．而我们知道学以致用是学习的最终目的，本节课将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】、拱形桥 力的? 进一步受力分析得：需增加的向心力(效果力)，是由车轮的轮缘和铁轨之间互相挤压而产生的弹力提供． 师：挤压的后果会怎样? 生：由于火车质量、速度比较大，故所需向心力也很大．这样的话，轮缘和铁轨之间的挤压作用力将很大，导致的后果是铁轨容易损坏，轨缘也容易损坏． 师：那么应该如何解决这一问题呢?结合学过的知识加以讨论： 经过短暂的讨论，让学生看课本24页寻找答案。强调说明：向心力是水平的． 师：请同学们运用刚才的分析进一步讨论：实际的铁路上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 公路上的拱形桥是我们常见的，汽车过桥时的运动可以看作是圆周运动，那么汽车在桥的弧顶时，对桥的压力与汽车的速度有什么关系？同学们自己分析。 生：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．FN=G—mv2/r 可见，汽车对桥的压力F’N小于汽车的重力G，并且压力随汽车速度的增大而减小． 师：请同学们进一步考虑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? 生：把 F’N=0代人上式可得，此时汽车的速度为v?gR，当汽车的速度大于这个速度时，就会发生汽车飞出去的现象．这种现象我们在电影里看到过． 师：好，下面再一起共同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． 生：通过对汽车进行受力分析．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． [课堂训练] 师：请同学们一起来看一道例题，看完题后，自己先独立分析、处理，然后我们再一道交流、讨论． 例：一辆质量m=2.0t的小轿车，驶过半径R=90m的一段圆弧形桥面，重力加速度g=10m／s2．求： (1)若桥面为凹形，汽车以20m／s的速度通过桥面最低点时，对桥面压力是多大? (2)若桥面为凸形，汽车以l0m／s的速度通过桥面最高点时，对桥面压力是多大? (3)汽车以多大速度通过凸形桥面顶点时，对桥面刚好没有压力？ 解： 第 2 页 共 4 页
【三】、航天器中的【三】航天器中的失重现象： 失重现象： 师：从刚才研究的一道例题可以看出，当汽车通过拱形桥凸形桥面顶点时，如果车速达到一定大小，则可使汽车对桥面的压力为零．如果我们把地球想象为特大的“拱形 桥”，则情形如何呢?会不会出现这样的情况；速度达到一定程度时，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?驾驶员躯体各部分之间的压力是多少?他这时可能有什么感觉? 学生独立分析以上提出的问题，并在练习本上画出受力分析图，尝试解答． 教师引导学生间交流、讨论． 师：刚才同学们交流、讨论的问题即为课本第25页上面的“思考与讨论”，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． 假设宇宙飞船质量为M，它在地球表面附近绕地球做匀速圆周运动，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．此时飞船的速度多大?通过 求解．你可以得出什么结论? 生：通过整体法对宇宙飞船受力分析，并运用牛顿第二定律可解得：宇宙飞船的 【四】、离心运动 度为Rg，再对宇航员进行分析可得．此时座椅对宇航员的支持力为零．即航天员处于失重状态． 【四】、离心运动 师：做圆周运动的物体一旦失去向心力的作用，它会怎样运动呢?如果物体受的合力不足以提供向心力，它会怎样运动呢?发表你的见解并说明原因． 生：我认为做圆周运动的物体一旦失去向心力的作用，它会沿切线飞出去，如体育中的“链球”运动，运动员手一放后，“链球”马上飞了出去． 生：如果物体受的合力不足以提供向心力，它会做逐渐远离圆心的运动．如：在电影中经常看到，速度极快的汽车在急速转弯时．会有向外侧滑寓的现象． 师：(听取学生代表的发育，点评、总结)如果向心力突然消失，物体由于惯性，会沿切线方向飞出去．如果物体受的合力不足以提供向心力，物体虽不能沿切线方向飞出去．但会逐渐远离圆心．这两种运动都叫做离心运动． [讨论与思考] 师：请同学们结合生活实际，举出物体做离心运动的例子．在这些例子中，离心运动是有益的还是有害的?你能说出这些例子中离心运动是怎样发生的吗? 课本中的例子“洗衣机脱水时”和“高速运动的汽车转弯时”． 【五】临界条件 【五】临界条件 竖直平面内圆周运动中的临界问题 甲 乙 丙 丁 1． 如图甲、乙 所示，没有支撑物的小球在竖直平面作圆周运动过最高点的情况： 第 3 页 共 4 页
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1临界条件 ○2能过最高点的条件 ，此时绳或轨道对球分别产生______________ ○3不能过最高点的条件 ○2． 如图丙丁所示，为有支撑物的小球在竖直平面做圆周运动过最高点的情况 竖直平面内的圆周运动，往往是典型的变速圆周运动。对于物体在竖直平面内的变速圆周运动问题，中学阶段只分析通过最高点和最低点的情况，并且经常出现临界状态，下面对这类问题进行简要分析。 1能过最高点的条件 ，此时杆对球的作用力 ○2当0
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