《生活中的圓周運動》教案

這是《生活中的圓周運動》教案，是優秀的物理教案文章，供老師家長們參考學習。

　　【教材分析】

　　這節內容緊扣實際生活，并嘗試著應用圓周運動的知識來解決生活中的實際問題，內容包括:火車經過圓形軌道、汽車過拱橋(分析橋面為什么不能是凹形的)。

　　【教學目標】

　　1知識與技能

　　(1).會在具體問題中分析向心力的來源，并能初步應用公式計算.

　　(2).能理解運用勻速圓周運動的規律分析和處理生產和生活中的具體實例.

　　(3).知道向心力和向心加速度的公式也適用于變速圓周運動，會求變速圓周運動中物體在特殊點的向心力和向心加速度.

　　2過程與方法

　　培養學生自主學習的能力。

　　通過“誘思探究加學案制”的教學方法，培養學生提出思考問題的能力。

　　采用分組討論、合作探究的方法，培養學生與他人交流、協作的能力以及科學探究能力。

　　通過展示視頻，培養學生的觀察能力。

　　通過對實例和例題的分析，培養學生應用知識的能力和計算能力。

　　3情感態度與價值觀

　　滲透“學以致用”的思想，體會學習的快樂，激發學生的學習熱情和興趣。

　　鼓勵學生探究日常生活中的圓周運動，培養其參與科技活動的熱情和將物理知識應用于生活

　　【教學重點】會在具體問題中分析向心力的來源，并結合牛頓運動定律求解有關問題.

　　【教學難點】

　　1.具體問題中向心力的來源.

　　2.對變速圓周運動的理解和處理.

　　【教學方法】

　　講授、分組討論、探究,學案制,多媒體演示

　　【課堂教學設計】

　　(一)引課

　　復習提問圓周運動向心加速度、向心力相關知識，以及物體做勻速圓周運動和變速圓周運動向心力的來源。

　　提問

　　1：做勻速圓周運動的物體有什么特點?

　　2：做勻速圓周運動的物體的向心力就是物體受到的合外力，那么什么樣的力可以提供或充當向心力呢?

　　3：向心力是一種實際存在的力嗎?在受力分析中如何處理向心力?在實際問題中又如何確定向心力的大小呢?

　　請同學舉例生活中的圓周運動，以此引入新課。

　　(二)新課教學主要過程

　　1、火車轉彎的問題

　　幻燈片展示火車車輪的特殊結構。

　　問題1：請根據你了解的以及你剛才從圖片中觀察到的情況，說一說火車的車輪結構如何?軌道結構如何?如何固定火車運行的軌跡，防止脫軌

　　通過展示火車模型和圖片，讓學生總結火車車輪的特點。車輪內側輪緣半徑大于車輪半徑，軌道將兩車輪的輪緣卡在里面。

　　問題2：火車在平直的軌道上勻速行駛時，所受合力如何?

　　火車受到4個力的作用，各為兩對平衡力，即合外力為零。其中重力和支持力的合力為零，牽引力和摩擦力的合力為零

　　問題3：火車轉彎是一段圓周運動，需要有力來提供火車做圓周運動的向心力，在水平軌道火車轉彎如何獲得向心力?

　　讓學生獨立分析談論火車在直線行駛時的受力情況，并引導學生分析當火車轉彎時，如果內外鐵軌的高度相同，向心力的來源。

　　問題4：高速行駛的火車的輪緣與鐵軌擠壓的后果會怎樣?

　　讓學生閱讀課本第26頁第一段的內容，學生發揮自己的想象能力,找出實際生活中在鐵路的彎道處，鐵軌的設計特點。設計方案. 給學生時間分組討論，再由各小組代表向全班展示討論結果。教師對學生的回答不做過多的評價，等全部展示完畢，再進行一次整合。

設計 ：使路面向圓心一側傾斜一個很小的角度，使外軌略高于內軌，這樣，重力和支持力的合力提供了向心力，外軌就不受輪緣的擠壓了。

　　運用剛才的分析進一步討論：火車轉彎時的速度多大時才不至于對內外軌道產生相互擠壓?

　　選擇合適的彎道傾斜角度，使向心力僅由支持力FN和重力G的合力F合提供：

　　F向= mv02/r = F合 = mgtanθ

v0=

　　討論：

　　(1)當v= v0，F向=F合內外軌道對火車兩側車輪輪緣都無彈力。

　　(2)當v > v0，F向>F合外軌道對外側車輪輪緣有彈力。

　　(3)當v < v0，F向合內軌道對內側車輪輪緣有彈力。

　　問題5：要使火車轉彎時損害最小，對行駛的速度有什么要求?

　　展示火車轉彎時候的視頻，提醒學生觀察軌道的情況。

　　總結：

　　(1)如果在轉彎處使外軌道略高于內軌道，火車受力不是豎直的，而是斜向軌道的內側。它與重力的合力指向圓心，成為使火車轉彎的向心力。

　　(2)如果根據R和火車行駛速度v適當調整內外軌道的高度差，使轉彎時所需要的向心力完全由重力G和支持力FN的合力提供，這樣外軌道就不再受輪緣的擠壓了。

　　引申：公路轉彎處路面的特點。

　　借助場地自行車賽的賽道的圖片和F1汽車大獎賽的賽道的圖片，介紹外高內低的彎道設計是普遍存在的。并演示“飛機轉彎的視頻”，讓學生討論飛機在空中轉彎時，向心力的來源。給學生時間做學案上的練習題.

　　[練習]

高速公路轉彎處，若路面向著圓心處是傾斜的，要求汽車在該處轉彎時沿傾斜路面沒有上下滑動的趨勢，在車速=15m/s的情況下，路面的傾角θ應為多大?(已知彎道半徑R=100 m)

　　2、汽車過拱形橋的問題

　　通過提問，引導學生進入狀態。

　　問題1.汽車過橋時做什么運動?在最高點汽車受什么力的作用?什么力提供汽車做圓周運動的向心力?

　　通過提問，引導學生進入狀態。

　　問題2.質量為m的汽車在拱形橋上以速度v行駛，若橋面的圓弧半徑為R，試畫出受力分析圖，分析汽車通過橋的最高點時對橋的壓力.通過分析你可以得出什么結論?汽車在橋頂出現什么現象?

　　教師以提問的形式引導學生分析在拱形橋的最高點時汽車的受力情況，并探究向心力的來源。再通過幻燈片演示分析過程，并規范書寫格式。

　　問題3.當汽車對橋的壓力剛好減為零時，汽車的速度有多大，當汽車的速度大于這個速度時，會發生什么現象?

　　給學生時間分組討論。在學生討論過程中，教師巡回指導，及時引導學生，把握討論方向。再根據學生代表的回答，讓學生自己完成對各種現象的總結。當速度不斷增大的時候，壓力會不斷減小，當達到時，汽車對橋面完全沒有壓力，汽車“飄離”橋面，因此汽車將做平拋運動。

問題4：如果是凹形橋，汽車行駛在最低點時，橋面受到的壓力如何?

　　讓學生根據上個問題的分析思路，獨立分析解決這個問題。

　　問題5：前面我們曾經學習過超重和失重現象，那么試利用“超、失重”的觀點定性分析汽車在拱形橋最高點，凹形橋的最低點分別處于哪種狀態?

　　通過幻燈片總結演示分析過程.

　　給學生時間做學案上的2個練習題.

　　[練習]

　　1.一輛質量m=2.0t的小轎車，駛過半徑R=90m的一段圓弧形橋面，重力加速度g=10m/s2.求：

　　(1)若橋面為凹形，汽車以20m/s的速度通過橋面最低點時，對橋面壓力是多大?

　　(2)若橋面為凸形，汽車以l0m/s的速度通過橋面最高點時，對橋面壓力是多大?

　　(3)汽車以多大速度通過凸形橋面頂點時，對橋面剛好沒有壓力

　　2.雜技演員在做水流星表演時，用繩系著裝有水的水桶，在豎直平面內做圓周運動，若水的質量m=0.5kg，繩長L=60cm，求：

　　(1)最高點水不流出的最小速率，

　　(2)水在最高點速率v=3m/s時，水對桶底的壓力.

　　提示:抓住臨界狀態，找出臨界條件是解決這類極值問題的關鍵.

　　強調：汽車做的不是勻速圓周運動，我們仍使用了勻速圓周運動的公式，原因是向心力和向心加速度的公式對于高速圓周運動同樣適用。

　　教師總結:汽車過橋問題，實質上是物體在豎直平面內做圓周運動，由于物體所受重力的大小mg及方向(豎直向下)恒定不變，因此當物體經過圓周上各個不同位置時，重力對物體做圓周運動的作用是不同的。

　　此處可以引導學生分析豎直面內圓周運動在最高點和最低點以外的向心力的來源。

　　問題6:如果地球可以看作一個巨大的拱形橋，橋面的半徑就是地球半徑R，約為6400km，地面上有一輛汽車在行駛，重量是mg，地面對它的支持力是FN。根據我們上面的分析，汽車的速度越大，地面對它的支持力就越小。那么，會不會出現這樣的情況：速度大到一定的程度時，地面對車的支持力是0?(能出現)如果g=10m/s2，此時汽車的速度是多少呢?

　　在這部分教師只是適當地引導，盡量讓學生表述結論。

　　課后作業

　　請同學們課后復習本節課的內容，并完成課本第29頁“問題與練習”的1—4題。

　　【教學反思】

　　本節課是按照新課標的標準來設計的，自由度比較大，且比較靈活。教師在教學設計上遵循學生的認知規律，使學生對物理規律的建立、理解和運用有一個從感性到理性，從定性到定量的過程，從而使學生對物理規律的學習和運用并不感到突然和陌生。教學中教師運用“問題引導探究”的教學方法，把學生觀察、討論、探究與教師的講解引導融為一體，并本著“學生主體，教師主導”的原則，讓學生從生活走進物理，從物理回到生活，使學生感到熟悉、困惑和新奇，從而主動探究、總結。然后教師再通過一些貼近生活的小實例、小實驗，使學生能夠積極地參與問題的分析、討論、交流和體驗，從被動接受知識的習慣中解脫出來，在自主的氛圍中理解掌握知識，發展提升能力。