人教版物理高中必修二5.7《生活中的圓周運(yùn)動(dòng)》教案

生活中的圓周運(yùn)動(dòng)教案一、教學(xué)目標(biāo)（一）知識(shí)與技能 1、知道如果一個(gè)力或幾個(gè)力的合力的效果是使物體產(chǎn)生向心加速度，它就是圓周運(yùn)動(dòng)的物體所受的向心力。會(huì)在具體問題中分析向心力的來(lái)源。 2、能理解運(yùn)用勻速圓周運(yùn)動(dòng)的規(guī)律分析和處理生產(chǎn)和生活中的具體實(shí)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(yùn)動(dòng)，會(huì)求變速圓周運(yùn)動(dòng)中物體在特殊點(diǎn)的向心力和向心加速度。（二）過程與方法 1、通過對(duì)勻速圓周運(yùn)動(dòng)的實(shí)例分析，滲透理論聯(lián)系實(shí)際的觀點(diǎn)，提高學(xué)生分析和解決問題的能力。 2、通過勻速圓周運(yùn)動(dòng)的規(guī)律也可以在變速圓周運(yùn)動(dòng)中使用，滲透特殊性和一般性之間的辯證關(guān)系，提高學(xué)生的分析能力。 3、通過對(duì)離心現(xiàn)象的實(shí)例分析，提高學(xué)生綜合應(yīng)用知識(shí)解決問題的能力。（三）情感態(tài)度與價(jià)值觀1、通過對(duì)幾個(gè)實(shí)例的分析，使學(xué)生明確具體問題必須具體分析，理解物理與生活的聯(lián)系，學(xué)會(huì)用合理、科學(xué)的方法處理問題。 。 2、通過離心運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用和防止的實(shí)例分析。使學(xué)生明白事物都是一分為二的，要學(xué)會(huì)用一分為二的觀點(diǎn)來(lái)看待問題。3、養(yǎng)成良好的思維表述習(xí)慣和科學(xué)的價(jià)值觀。二、教學(xué)重點(diǎn)1、理解向心力是一種效果力。2、在具體問題中能找到是誰(shuí)提供向心力的，并結(jié)合牛頓運(yùn)動(dòng)定律求解有關(guān)問題。三、教學(xué)難點(diǎn)1、具體問題中向心力的來(lái)源。2、關(guān)于對(duì)臨界問題的討論和分析。3、對(duì)變速圓周運(yùn)動(dòng)的理解和處理。四、課時(shí)安排1課時(shí)五、教學(xué)準(zhǔn)備多媒體課件、粉筆、圖片。六、教學(xué)過程新課導(dǎo)入：師：請(qǐng)同學(xué)們回顧并敘述出對(duì)于圓周運(yùn)動(dòng)你已經(jīng)理解和掌握了哪些基本知識(shí) 生：我已經(jīng)理解和掌握了可以用線速度、角速度、轉(zhuǎn)速和周期等來(lái)描述做圓周運(yùn)動(dòng)物體的運(yùn)動(dòng)快慢；知道了圓周運(yùn)動(dòng)一定是變速運(yùn)動(dòng)，一定具有加速度；掌握了對(duì)于圓周運(yùn)動(dòng)的有關(guān)問題還必須通過運(yùn)用牛頓第二定律去認(rèn)真分析和處理。 生：從勻速u圓周運(yùn)動(dòng)中總結(jié)出來(lái)的基本規(guī)律，通過運(yùn)用等效的物理思想也可以去處理變速圓周運(yùn)動(dòng)的有關(guān)問題。 師：剛才幾位同學(xué)各自從不同的角度回顧和交流了對(duì)圓周運(yùn)動(dòng)有關(guān)基本知識(shí)和基本規(guī)律的認(rèn)識(shí)。而我們知道學(xué)以致用是學(xué)習(xí)的最終目的，本節(jié)課將通過幾個(gè)具體實(shí)例的探討來(lái)深入理解相關(guān)知識(shí)點(diǎn)并學(xué)會(huì)應(yīng)用。 新課講解：一、鐵路的彎道 師：(多媒體課件)模擬在平直軌道上勻速行駛的火車，提出問題： 1、火車受幾個(gè)力作用? 2、這幾個(gè)力的關(guān)系如何? 生：火車受到4個(gè)力的作用，各為兩對(duì)平衡力，即合外力為零。 師：對(duì)，火車受重力、支持力、牽引力及摩擦力。且四個(gè)力合力為零，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。 師：過渡；那火車轉(zhuǎn)彎時(shí)情況會(huì)有何不同呢? 多媒體課件：模擬平直軌道火車轉(zhuǎn)彎情形。提出問題： 1、轉(zhuǎn)彎與直進(jìn)有何不同? 2、畫出受力示意圖，并結(jié)合運(yùn)動(dòng)情況分析各力的關(guān)系。 生：轉(zhuǎn)彎時(shí)火車的速度方向在不斷變化，故其一定有加速度，其合外力一定不為零。 師：對(duì)，轉(zhuǎn)彎時(shí)合外力不為零，即需要提供向心力，而平直路前行不需要。那么火車轉(zhuǎn)彎時(shí)是如何獲得向心力的?進(jìn)一步受力分析得：需增加的一個(gè)向心力(效果力)，由鐵軌外軌的輪緣和鐵軌之間互相擠壓而產(chǎn)生的彈力提供。 師：提出問題：擠壓的后果會(huì)怎樣? 生：由于火車質(zhì)量、速度比較大，故所需向心力也很大。這樣的話，輪緣和鐵軌之間的擠壓作用力將很大，導(dǎo)致的后果是鐵軌容易損壞，軌緣也容易損壞。 師：(設(shè)疑引申)那么應(yīng)該如何解決這一實(shí)際問題?結(jié)合學(xué)過的知識(shí)加以討論，提出可行的解決方案，并畫出受力圖，加以定性說明。 交流與討論 學(xué)生發(fā)揮自己的想象能力，結(jié)合知識(shí)點(diǎn)設(shè)計(jì)方案。結(jié)合受力圖發(fā)表自己的見解 師：剛才同學(xué)們交流和討論得非常熱烈、充分，方案設(shè)計(jì)得也很好，下面我們擇其一的示意圖來(lái)共同分析、說明。 火車受的重力和支持力的合力提供向心力，對(duì)內(nèi)外軌都無(wú)擠壓，這樣就達(dá)到了保護(hù)鐵軌的目的。強(qiáng)調(diào)說明：向心力是水平的。 師：請(qǐng)同學(xué)們運(yùn)用剛才的分析進(jìn)一步討論：實(shí)際的鐵路上為什么轉(zhuǎn)彎處的半徑和火車運(yùn)行速度有條件限制? 二、拱形橋 播放錄像，交通工具(自行車、汽車等)過拱形橋。 投影問題情境：質(zhì)量為m的汽車在拱形橋上以速度t行駛，若橋面的圓弧半徑為只，試畫出受力分析圖，分析汽車通過橋的最高點(diǎn)時(shí)對(duì)橋的壓力。 師：通過分析，你可以得出什么結(jié)論? 學(xué)生在練習(xí)本上獨(dú)立畫出汽車的受力圖，推導(dǎo)出汽車對(duì)橋面的壓力。學(xué)生代表發(fā)言。 投影學(xué)生推導(dǎo)過程，聽取學(xué)生見解，點(diǎn)評(píng)、總結(jié)。 生：在最高點(diǎn)，對(duì)汽車進(jìn)行受力分析，確定向心力的來(lái)源；由牛頓第二定律列出方程求出汽車受到的支持力：由牛頓第三定律求出橋面受到的壓力。FN=Gmv2/r 可見，汽車對(duì)橋的壓力FN小于汽車的重力G，并且壓力隨汽車速度的增大而減小。 師：請(qǐng)同學(xué)們進(jìn)一步考慮當(dāng)汽車對(duì)橋的壓力剛好減為零時(shí)，汽車的速度有多大。當(dāng)汽車的速度大于這個(gè)速度時(shí)，會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象?生：把 FN=0代人上式可得，此時(shí)汽車的速度為，當(dāng)汽車的速度大于這個(gè)速度時(shí)，就會(huì)發(fā)生汽車飛出去的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象我們?cè)陔娪袄锟吹竭^。 師：好，下面再一起共同分析汽車通過凹形橋最低點(diǎn)時(shí)，汽車對(duì)橋的壓力比汽車的重力大些還是小些。 生：通過對(duì)汽車進(jìn)行受力分析。汽車通過凹形橋最低點(diǎn)時(shí)，汽車對(duì)橋的壓力比汽車的重力大。 師：剛才同學(xué)們分析了汽車在拱形橋最高點(diǎn)的情形，如果汽車不在拱形橋的最高點(diǎn)或最低點(diǎn)，前面的結(jié)論還是否能用?如果不能直接運(yùn)用，又如何來(lái)研究這一問題呢? 生：前面的結(jié)論能直接運(yùn)用，不過此時(shí)物體的向心加速度不等于物體的實(shí)際加速度，即要用上一節(jié)研究變速圓周運(yùn)動(dòng)的方法來(lái)處理。 師：好。這說明我們很多同學(xué)分析和處理物理問題的能力有了較大的提高，希望同學(xué)們繼續(xù)努力，爭(zhēng)取有更大進(jìn)步。 點(diǎn)評(píng)：通過對(duì)勻速圓周運(yùn)動(dòng)的實(shí)例分析，滲透理論聯(lián)系實(shí)際的觀點(diǎn)，提高學(xué)生分析和解決問題的能力。三、航天器中的失重現(xiàn)象 師：從剛才研究的一道例題可以看出，當(dāng)汽車通過拱形橋凸形橋面頂點(diǎn)時(shí)，如果車速達(dá)到一定大小，則可使汽車對(duì)橋面的壓力為零。如果我們把地球想象為特大的“拱形橋”，則情形如何呢?會(huì)不會(huì)出現(xiàn)這樣的情況；速度達(dá)到一定程度時(shí)，地面對(duì)車的支持力是零?這時(shí)駕駛員與座椅之間的壓力是多少?駕駛員軀體各部分之間的壓力是多少?他這時(shí)可能有什么感覺? 學(xué)生獨(dú)立分析以上提出的問題，并在練習(xí)本上畫出受力分析圖，嘗試解答。 投影學(xué)生推導(dǎo)過程，引導(dǎo)學(xué)生間交流、討論。 投影；假設(shè)宇宙飛船質(zhì)量為M，它在地球表面附近繞地球傲勻逮圓周運(yùn)動(dòng)，其軌道半徑近似等于地球半徑R，航天員質(zhì)量為m，宇宙飛船和航天員受到的地球引力近似等于他們?cè)诘孛嫔系闹亓?。試求座艙?duì)宇航員的支持力。此時(shí)飛船的速度多大?通過求解。你可以得出什么結(jié)論? 生：通過整體法對(duì)宇宙飛船受力分析，并運(yùn)用牛頓第二定律可解得：宇宙飛船的速度為，再對(duì)宇航員進(jìn)行分析可得。此時(shí)座椅對(duì)宇航員的支持力為零。即航天員處于失重狀態(tài)。 教師投影部分學(xué)生的推導(dǎo)過程，聽取學(xué)生見解，并點(diǎn)評(píng)、總結(jié)。指出上面的分析僅僅是針對(duì)圓軌道而言的。其實(shí)在任何關(guān)閉了發(fā)動(dòng)機(jī)又不受阻力的飛行器中，都是一個(gè)完全失重的環(huán)境。 四、離心運(yùn)動(dòng) 師：做圓周運(yùn)動(dòng)的物體一旦失去向心力的作用，它會(huì)怎樣運(yùn)動(dòng)呢?如果物體受的合力不足以提供向心力，它會(huì)怎樣運(yùn)動(dòng)呢?發(fā)表你的見解并說明原因。 生：我認(rèn)為做圓周運(yùn)動(dòng)的物體一旦失去向心力的作用，它會(huì)沿切線飛出去，如體育中的“鏈球”運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)員手一放后，“鏈球”馬上飛了出去。 生：如果物體受的合力不足以提供向心力，它會(huì)做逐漸遠(yuǎn)離圓心的運(yùn)動(dòng)。如：在電影中經(jīng)常看到，速度極快的汽車在急速轉(zhuǎn)彎時(shí)。會(huì)有向外側(cè)滑寓的現(xiàn)象。 師：(聽取學(xué)生代表的發(fā)育，點(diǎn)評(píng)、總結(jié))如果向心力突然消失，物體由于慣性，會(huì)沿切線方向飛出去。如果物體受的合力不足以提供向心力，物體雖不能沿切線方向飛出去。但會(huì)逐漸遠(yuǎn)離圓心。這兩種運(yùn)動(dòng)都叫