勻速圓周運(yùn)動(dòng)13

1、勻速圓周運(yùn)動(dòng)的實(shí)例分析一、素質(zhì)教育目標(biāo)（一）知識教學(xué)點(diǎn) 1會(huì)在具體問題中分析向心力的來源，明確向心力是按效果命名的力 2掌握應(yīng)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律解決勻速圓周運(yùn)動(dòng)問題的一般方法，會(huì)處理水平面、豎直面 的問題3知道向心力，向心加速度的公式也適應(yīng)變速圓周運(yùn)動(dòng)，理解如何使用（二）能力訓(xùn)練點(diǎn) 1具體問題具體分析，理論聯(lián)系實(shí)際，提高分析和解決問題的能力 2注意統(tǒng)一性和特殊性，注意一般方法和特殊方法，提高綜合分析的能力（三）德育滲透點(diǎn)學(xué)習(xí)的目的是為了應(yīng)用，科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力（四）美育滲透點(diǎn)通過實(shí)際演練， 使學(xué)生在鞏固知識的同時(shí)， 領(lǐng)略到將理論應(yīng)用于實(shí)際解決問題而帶來的 成功的娛樂二、學(xué)法引導(dǎo) 學(xué)生自學(xué)教材，在

2、例題分析時(shí)采用師生共同討論的教學(xué)方式三、重點(diǎn)難點(diǎn)疑點(diǎn)及解決辦法1重點(diǎn)（ 1）理解向心力是按效果命名的力（2）會(huì)在具體問題中分析向心力，綜合運(yùn)用牛頓定律分析解決問題2難點(diǎn)（1）具體問題具體分析，理論聯(lián)系實(shí)際 （2）臨界問題的分析和討論3疑點(diǎn)（ 1）火車轉(zhuǎn)彎中的力學(xué)問題（ 2）汽車過橋中的力學(xué)問題4解決辦法抓住典型問題，講透講深，再舉一反三四、課時(shí)安排1 課時(shí)五、教具學(xué)具準(zhǔn)備 課件 1：火車轉(zhuǎn)彎中的力學(xué)問題 課件 2：汽車過橋中的力學(xué)問題 多媒體設(shè)備六、師生互動(dòng)活動(dòng)設(shè)計(jì) 1教師利用多媒體課件展示物理情景，在分析時(shí)點(diǎn)撥關(guān)鍵之處 2學(xué)生通過自學(xué)、觀察來討論分析實(shí)際問題與書本知識的聯(lián)系，找出解決辦法七、

3、教學(xué)步驟（一）明確目標(biāo)（略）（二）整體感知 這一節(jié)課結(jié)合兩個(gè)實(shí)際例子進(jìn)行分析要充分發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用和學(xué)生的主導(dǎo)作用，師生共同討論，拓展知識.(三) 重點(diǎn)、難點(diǎn)的學(xué)習(xí)與目標(biāo)完成過程復(fù)習(xí)提問：勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體受到向心力向心力是怎樣產(chǎn)生的？用已熟悉的例子說明：(1) 繩拉物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，繩的拉力提供向心力.(2) 物體隨水平圓盤做勻速周圍運(yùn)動(dòng)，靜摩擦力提供向心力.小結(jié)：向心力是由物體實(shí)際受到的一個(gè)力或幾個(gè)力的合力提供的；向心力是按作用效果命名的力.我們從分析向心力角度進(jìn)一步研究幾個(gè)實(shí)例：1. 火車轉(zhuǎn)彎學(xué)生閱讀課本演示課件1 (可隨提問討論展開)提問討論：(1) 火車勻速直線運(yùn)動(dòng)和勻速轉(zhuǎn)彎是否

4、同種狀態(tài)？不是，火車勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)合外力為零，火車勻速轉(zhuǎn)變時(shí)受向心力，合外力不為零.(2) 火車轉(zhuǎn)彎時(shí)所需的向心力如何產(chǎn)生？分兩種情況討論：內(nèi)外軌一樣高；外軌比內(nèi) 軌高.當(dāng)內(nèi)外軌一樣高時(shí)，鐵軌對火車豎直向上的支持力和火車重力平衡向心力由鐵軌外軌的 輪緣的水平彈力產(chǎn)生.這種情況下鐵軌容易損壞.輪緣也容易損壞當(dāng)外軌比內(nèi)軌高時(shí)，鐵軌對火車的支持力不再是豎直向上，和重力的合力可以提供向心力，可以減輕軌和輪緣的格壓.最佳情況是向心力恰好由支持力和重力的合力提供，鐵軌的內(nèi)、外軌均不受到側(cè)向擠壓的力.定量分析火車轉(zhuǎn)彎的最佳情況. 受力分析：如圖5- 14所示火車受到的支持力和重力的合力的水平指向圓心，成為使

5、火車拐彎的向心力. 動(dòng)力學(xué)方程：根據(jù)牛頓第二定律得2Vomgtan 0 = m r其中r是轉(zhuǎn)彎處軌道的半徑，vo是使內(nèi)外軌均不受力的最佳速度. 分析結(jié)論：解上述方程可知2Vo = rgtan 0可見，最佳情況是由v0、r、B共同決定的.當(dāng)火車實(shí)際速度為 v時(shí)，可有三種可能，當(dāng)v = Vo時(shí)，內(nèi)外軌均不受側(cè)向擠壓的力；當(dāng)v V時(shí)，外軌受到側(cè)向擠壓的力(這時(shí)向心力增大，外軌提供一部分力)當(dāng)vv v0時(shí)，外軌受到側(cè)向擠壓的力(這時(shí)向心力減少，內(nèi)軌提供一部分力)(4)還有哪些實(shí)例和這一模型相同？自行車轉(zhuǎn)彎，高速公路上汽車轉(zhuǎn)彎等等.小結(jié)：我們討論的火車轉(zhuǎn)彎問題， 實(shí)質(zhì)是物體在水平面的勻速圓周運(yùn)動(dòng)， 從力

6、的角度看其特點(diǎn) 是；合外力的方向一定在水平方向上，由于重力方向在豎直方向，因此物體除了重力外，至少再受到一個(gè)力，才有可能使物體產(chǎn)生在水平面勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力.2. 汽車過拱橋?qū)W生閱讀課文演示課件2 (可隨提問討論展開)提問討論：(1 )汽車靜止在橋頂與通過橋頂是否同種狀態(tài)？不是，汽車靜止在橋頂、或通過橋頂，雖然都受到重力和支持力.但前者這兩個(gè)力的合力為零，后者合力不為零.(2)汽車過拱橋橋頂?shù)南蛐牧θ绾萎a(chǎn)生？方向如何？汽車在橋頂受到重力和支持力， 如圖5- 15所示，向心力由二者的合力提供，方向豎直向下.八F圖 5 15(3) 運(yùn)動(dòng)有什么特點(diǎn)? 動(dòng)力學(xué)方程：由牛頓第二定律設(shè)2G R, = m

7、 r2 2解得 F! = G m = m rr 汽車處于失重狀態(tài)汽車具有豎直向下的加速度，F(xiàn)i v mg,對橋的壓力小于重力這也是為什么橋一般做 成拱形的原因. 汽車在橋頂運(yùn)動(dòng)的最大速度為.rg根據(jù)動(dòng)力學(xué)方程可知， 當(dāng)汽車行駛速度越大， 汽車和橋面的壓力越小， 當(dāng)汽車的速度為rg時(shí)，壓力為零，這是汽車保持在橋頂運(yùn)動(dòng)的最大速度，超過這個(gè)速度，汽車將飛出橋頂.(4) 題擴(kuò)展 如果物體從豎直曲面的內(nèi)側(cè)通過最高點(diǎn)時(shí)，情況如何？2 受力圖如圖5- 16所示.動(dòng)力學(xué)方程是 F2 + G = m r圖 5- 162即 F2 = m 一 mgr分析可知，.rg是物體運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)的最小速度.如果汽車通過凹形橋最

8、低點(diǎn)時(shí)，情況如何.學(xué)生依照上述討論行分析.小結(jié)：我們討論的汽車過橋問題，實(shí)質(zhì)是物體在豎直面的圓周運(yùn)動(dòng)， 要求掌握的是在最高點(diǎn)和 最低點(diǎn)的情況，從力的角度看：在最低點(diǎn)，物體除了重力外， 還必須受到一個(gè)豎直向上的壓 力在最高點(diǎn)，重力可以提供同心力，即2Vo:mg= m ,Vo = rgrVo是最高點(diǎn)的臨界速度(可以是最大值，也可以是最小值)，根據(jù)在最高點(diǎn)接觸物體的特點(diǎn)，可能再提供豎直向上的力，也可能再提供豎直向下的力，要具體情況具體分析(四) 總結(jié)、擴(kuò)展1 在討論水平面的勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，可結(jié)合學(xué)生情況，結(jié)合圓錐擺進(jìn)行討論.2.在討論豎直面的周圍運(yùn)動(dòng)時(shí)，對于最高點(diǎn)的情況，可結(jié)合繩、桿施力的特點(diǎn)進(jìn)一步

9、 說明.3 在豎直面內(nèi)、物體一般不是做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，注意說明向心力和向心加速度公式雖 然是從勻速圓周運(yùn)動(dòng)得出的，但也適用于變速圓周運(yùn)動(dòng).八、布置作業(yè)練習(xí)六(2) ( 3) (4) (5)九、板書設(shè)計(jì)圓周運(yùn)動(dòng)的實(shí)例分析1. 火車轉(zhuǎn)彎一一水平面的周圍運(yùn)動(dòng)2 汽車過拱橋一一豎直面的周圍運(yùn)動(dòng).十、背景知識與課外閱讀愛因斯坦對我們的忠告不要讓“常識”欺騙了你這里提到的“常識”即“生活經(jīng)驗(yàn)”愛因斯坦稱這類生活中沒有經(jīng)過認(rèn)真推敲或?qū)κ挛锏钠娴恼J(rèn)識為“常識” 他說：“常識是18歲以前沒在思想上的一層偏見”這個(gè)忠告應(yīng)特別引起我們的注意，因?yàn)橛行┏ＷR是不真實(shí)的， 是感覺上的錯(cuò)誤，許多常識雖然是正確的， 但只在一

10、定的范圍內(nèi)表現(xiàn)為真理，這樣的例子在你學(xué)習(xí)物理的時(shí)候經(jīng)常遇到.例如，要想騎自行車在平直的馬路上勻速行駛，就一定要用力蹬，你就認(rèn)為要維持物體運(yùn)動(dòng)就一定需要力；再例如，下雨天你坐在汽車?yán)锟吹酵饷娴挠挈c(diǎn)斜向下運(yùn)動(dòng)，而實(shí)際雨點(diǎn)是向下運(yùn)動(dòng)的， 例子不一而足，只是借此欄目告訴初學(xué)物理的同學(xué)，要用準(zhǔn)確的物理知識糾正過去自己錯(cuò)誤或片面的生活經(jīng)驗(yàn)，從而更好地掌握物理規(guī)律.十一、隨堂練習(xí)1. 一個(gè)小球在豎直放置的光滑圓環(huán)的內(nèi)槽做圓周運(yùn)動(dòng)，則關(guān)于小球加速度方向正確的是 （）A .一定指向圓心B .一定不指向圓心C.只在最高點(diǎn)和最低點(diǎn)處指向圓心D .不能確定是否指向圓心2. 質(zhì)量為m的木塊從半徑為 R的半球形的碗口下滑到碗的最低點(diǎn)的過程中，如果由于摩擦力的使用使得木塊的速率不變，如圖5- 17所示，那么（）A .因?yàn)樗俾什蛔?，所以木塊的加速度為零B .木塊下滑過程中所受的合外力越來越大C.木塊下滑過程中所受的摩擦大小不變D .木塊下滑過程中的加速度大小不變，方向始終指向球心圖 5- 173. 如圖5- 18所示，質(zhì)量為M和m的兩物塊A、B用線連接套在光滑的水平桿上，已 知M : m= 2 : 1，現(xiàn)在桿繞軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，A和B在穩(wěn)定后它們到軸線 0 0的距離之比為多少？圖 5- 184. 如圖5- 19所示，繩一端系著質(zhì)量為M