生活中的圓周運動(新人教版必修2) (1)

1、7 7、生活中的圓周運動教學目標教學目標 知識與技能知識與技能1知道如果一個力或幾個力的合力的效果是使物體產(chǎn)生向心加速度，它就是圓周運動的物體所受的向心力會在具體問題中分析向心力的來源2能理解運用勻速圓周運動的規(guī)律分析和處理生產(chǎn)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過程與方法過程與方法1通過對勻速圓周運動的實例分析，滲透理論聯(lián)系實際的觀點，提高學生分析和解決問題的能力2通過勻速圓周運動的規(guī)律也可以在變速圓周運動中使用，滲透特殊性和一般性之間的辯證關系，提高學生的分析能力 3通過對離心現(xiàn)象的實例分析，提高學生綜合應

2、用知識解決問題的能力 情感、態(tài)度與價值觀情感、態(tài)度與價值觀 1通過對幾個實例的分析，使學生明確具體問題必須具體分析，理解物理與生活的聯(lián)系，學會用合理、科學的方法處理問題 2通過離心運動的應用和防止的實例分析使學生明白事物都是一分為二的，要學會用一分為二的觀點來看待問題 3養(yǎng)成良好的思維表述習慣和科學的價值觀 教學重點教學重點 1理解向心力是一種效果力 2在具體問題中能找到是誰提供向心力的，并結(jié)合牛頓運動定律求解有關問題 教學難點教學難點 1具體問題中向心力的來源 2關于對臨界問題的討論和分析 3對變速圓周運動的理解和處理 復習提問：1 1、什么叫向心加速度？、什么叫向心加速度？ 物物理意義？公

3、式如何？理意義？公式如何？2、什么叫向心力？公式如何？、什么叫向心力？公式如何？ 3 3、物體做圓周運動時，受力有、物體做圓周運動時，受力有 何共同點何共同點? ?解圓周運動的基本步解圓周運動的基本步驟是什么驟是什么? ?本節(jié)將學習生活中的圓周周運動本節(jié)將學習生活中的圓周周運動,請看幾個生活中的圓周運動實例請看幾個生活中的圓周運動實例!F2vmr“供需供需”平衡平衡 物體做勻速圓周運物體做勻速圓周運動動提提供供物體做物體做勻速圓周運勻速圓周運動的力動的力物體做勻速物體做勻速圓周運動所圓周運動所需需的力的力=從從“供供” “需需”兩方面研究做圓周運動的兩方面研究做圓周運動的物體物體通過圓周運動實

4、例怎樣理解向心力公式通過圓周運動實例怎樣理解向心力公式分析做圓周運動的物體受力情況分析做圓周運動的物體受力情況OmgFNFfOmgFN提供向心力受力分析FfFN+mg在平直軌道上勻速行駛的火車，在平直軌道上勻速行駛的火車，火車受幾個力作用？這幾個力火車受幾個力作用？這幾個力的關系如何？那火車轉(zhuǎn)彎時情的關系如何？那火車轉(zhuǎn)彎時情況會有何不同呢？況會有何不同呢？火車轉(zhuǎn)彎時是在做圓周運動，火車轉(zhuǎn)彎時是在做圓周運動，那么是什么力提供向心力？那么是什么力提供向心力？實例火車轉(zhuǎn)彎運動.MPG請點擊下面鏈接車輪構造介紹車輪構造介紹合作與探究合作與探究 請設計一個方案讓火車沿軌道安全通過彎道請設計一個方案讓火車

5、沿軌道安全通過彎道設計方案思想簡述設計方案思想簡述 畫出草圖畫出草圖 簡單計算說明簡單計算說明 可行性分析可行性分析 【學生活動】設計火車彎道 學生分組討論，提出可行性方案 鐵路的彎道鐵路的彎道若若內(nèi)外軌道一樣高內(nèi)外軌道一樣高2vFFmr向心力外軌對輪緣的彈力提供向心力外軌對輪緣的彈力提供向心力. 靠這種辦靠這種辦法得到的向法得到的向心力缺點是心力缺點是什么？如何什么？如何解決這一實解決這一實際問題？際問題？NhFqGtanFFmgq向心力合=NhqGO1O2火車向心力的來源火車向心力的來源由由G和和N的合力提供的合力提供 GFNF合合【探究最佳方案及分析【探究最佳方案及分析】nFF合Rvmm

6、g2tan火車轉(zhuǎn)彎規(guī)定火車轉(zhuǎn)彎規(guī)定臨界速度臨界速度: :tanvRg臨界解析：解析：重力重力G與支持力與支持力FN的合力的合力F合合是使火車轉(zhuǎn)彎的向心力是使火車轉(zhuǎn)彎的向心力研究與討論研究與討論:若外軌較高若外軌較高：由牛頓第二定律得：由牛頓第二定律得： mgtanmgtan+F = mv+F = mv2 2/r/r ( (對一定的對一定的 和和r)r)若若v v適當適當: :可使可使F=0,F=0,即軌道與車輪間無壓力。即軌道與車輪間無壓力。若若v v過大過大,mgtan,mgtan mv mv2 2/r /r 則可由外軌則可由外軌F F彌補彌補. .若若v v過小過小, mgtan, mgt

7、anmvmv2 2/r /r 則可由內(nèi)軌則可由內(nèi)軌壓力平衡一些。壓力平衡一些。FFNmgFNFN外側(cè)外側(cè)內(nèi)側(cè)內(nèi)側(cè)過大時：火車向外側(cè)運動過小時：火車向內(nèi)側(cè)運動離心向心注意1、火車轉(zhuǎn)彎時向心力是水平的、火車轉(zhuǎn)彎時向心力是水平的 從這個例子我們進一步知道從這個例子我們進一步知道 ：2、向心力是按效果命名的力，、向心力是按效果命名的力，如果認為做勻速圓周運動的物如果認為做勻速圓周運動的物體除了受到另外物體的作用，體除了受到另外物體的作用，還要再受到一個向心力，那就還要再受到一個向心力，那就不對了。不對了。 【物理與生活】 20082008年年4 4月月1818日，我國鐵路進行了第六次大提速，日，我國鐵

8、路進行了第六次大提速，時速將達時速將達200200公里以上，這必將為我國經(jīng)濟騰飛注公里以上，這必將為我國經(jīng)濟騰飛注入新的活力。假設你是一位從事鐵路設計的工程師，入新的活力。假設你是一位從事鐵路設計的工程師，你認為火車提速有必要對鐵路拐彎處進行改造嗎？你認為火車提速有必要對鐵路拐彎處進行改造嗎？應如何改造？與哪些因素有關應如何改造？與哪些因素有關? ?【研究與討論】 如果火車在轉(zhuǎn)彎處的速度不等于規(guī)定速度，會發(fā)生怎樣情況？ 火車轉(zhuǎn)彎過快出現(xiàn)翻車事故課堂練習課堂練習例題：質(zhì)例題：質(zhì)量量 m=100t的火車在軌道上行駛的火車在軌道上行駛,火車內(nèi)外軌火車內(nèi)外軌連線與水平面夾角為連線與水平面夾角為370

9、，彎道半徑，彎道半徑R=30m。（南）（南）(1)當火車的速度當火車的速度v1=10m/s時時,軌道何處受側(cè)壓軌道何處受側(cè)壓力力?方向如何方向如何?（中）（中）(2)當火車的速度當火車的速度v2=15m/s時時,軌道何處受側(cè)壓軌道何處受側(cè)壓力力?方向如何方向如何?（北）（北）(3)當火車的速度當火車的速度v3=20m/s時時,軌道何處受側(cè)壓軌道何處受側(cè)壓力力?方向如何方向如何?聯(lián)系生活實際：公路彎道如何設計聯(lián)系生活實際：公路彎道如何設計-賽道的設計賽道的設計開放設計開放設計 一高速公路設計一高速公路設計運行時速為運行時速為108km/h，其中一轉(zhuǎn)彎處設計圓其中一轉(zhuǎn)彎處設計圓弧半徑為弧半徑為30

10、0m。已知。已知汽車輪胎與地面的最汽車輪胎與地面的最大靜摩擦因數(shù)為大靜摩擦因數(shù)為0.25，請你為該處路面提供請你為該處路面提供設計方案。設計方案。汽車轉(zhuǎn)彎翻車.MPG請點擊請點擊汽車轉(zhuǎn)彎翻車汽車轉(zhuǎn)彎翻車.MPG視屏鏈接視屏鏈接OvF靜靜小結(jié)：研究圓周運動的思路小結(jié)：研究圓周運動的思路 從從“供供”“”“需需”兩方面來進行研兩方面來進行研究：究：“供供”分析物體受力，求沿半分析物體受力，求沿半徑徑 方向的合外力方向的合外力“需需”確定物體軌道，定圓心、確定物體軌道，定圓心、找找 半徑、用公式，求出所需向心力半徑、用公式，求出所需向心力“供供”“”“需需”平衡則做圓周運動平衡則做圓周運動 公路上的

11、拱公路上的拱形橋是常見的，形橋是常見的，汽車過橋時，汽車過橋時，也可以看做圓也可以看做圓周運動。那么周運動。那么是什么力提供是什么力提供汽車的向心力汽車的向心力呢？呢？思考：思考：實例古老的趙州橋中國人的驕傲討論 質(zhì)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 凸形橋凸形橋mgRvmmgFN2失重拓展拓展 下面自己分析汽車通過凹形橋最低點時，汽車對橋的壓力比汽車的重力大些還是小些?設車質(zhì)量為m，橋面半徑為R，此時速度為v。mgRvmmgFN2超重研究與討論1、若速度過快，汽車做何種運動？提供的向心力不足，做離心運動，離開橋面做平

12、拋運動2、有無可能做這樣的運動？若可能應滿足怎樣的條件？GFNgrvFrvmmgFNN02拓展應用：水流星問題例、繩系著裝水的桶，在豎直平面內(nèi)做圓例、繩系著裝水的桶，在豎直平面內(nèi)做圓周運動，水的質(zhì)量周運動，水的質(zhì)量m=0.5kgm=0.5kg，繩長，繩長=40cm.=40cm.求求（1 1）桶在最高點水不流出的最小速率？）桶在最高點水不流出的最小速率？（2 2）水在最高點速率）水在最高點速率=3m/s=3m/s時水對桶底的時水對桶底的壓力？壓力？(g(g取取10m/s10m/s2 2) )例、長為例、長為0.6m0.6m的輕桿的輕桿OA(OA(不計質(zhì)量不計質(zhì)量),A),A端端插個質(zhì)量為插個質(zhì)量

13、為2.0kg2.0kg的物體的物體, ,在豎直平面內(nèi)在豎直平面內(nèi)繞繞O O點做圓周運動點做圓周運動, ,當球達到最高點的速當球達到最高點的速度分別為度分別為3m/s, m/s,2m/s3m/s, m/s,2m/s時時, ,求桿對球求桿對球的作用力各為多少的作用力各為多少? ?6O OA A鞏固應用例題：一輛汽車勻速率通過半徑為例題：一輛汽車勻速率通過半徑為R的圓弧拱形路面，關于汽車的受力情的圓弧拱形路面，關于汽車的受力情況，下列說法正確的是（況，下列說法正確的是（ ）A汽車對路面的壓力大小不變，總汽車對路面的壓力大小不變，總是等于汽車的重力是等于汽車的重力B汽車對路面的壓力大小不斷發(fā)生汽車對路

14、面的壓力大小不斷發(fā)生變化，總是小于汽車所受重力變化，總是小于汽車所受重力C汽車的牽引力不發(fā)生變化汽車的牽引力不發(fā)生變化D汽車的牽引力逐漸變小汽車的牽引力逐漸變小BD課堂練習課堂練習 一一輛質(zhì)量輛質(zhì)量 m=2.0t的小轎車，駛過半徑的小轎車，駛過半徑R=100m的一的一段圓弧形橋面。（分組練習）段圓弧形橋面。（分組練習）（南）（南）(1)若橋面為凹形，汽車以若橋面為凹形，汽車以20m/s通過橋面最低通過橋面最低點時，對橋面的壓力是多大？點時，對橋面的壓力是多大？（中）（中）(2)若橋面為凸形，汽車以若橋面為凸形，汽車以10m/s通過橋面最高通過橋面最高點時，對橋面的壓力是多大？點時，對橋面的壓力

15、是多大？（北）（北）(3)汽車以多大速度凸形橋面頂點時，對橋面汽車以多大速度凸形橋面頂點時，對橋面剛好沒有壓力？剛好沒有壓力？地球可以看做一個巨大的地球可以看做一個巨大的拱形橋，橋面的半徑就是地拱形橋，橋面的半徑就是地球的半徑。會不會出現(xiàn)這樣球的半徑。會不會出現(xiàn)這樣的情況：速度大到一定程度的情況：速度大到一定程度時，地面對車的支持力是零？時，地面對車的支持力是零？這時駕駛員與座椅之間的壓這時駕駛員與座椅之間的壓力是多少？力是多少？思考與討論思考與討論該“思考與討論”中描述的情景其實已經(jīng)實現(xiàn)，不過不是在汽車上，而是在航天飛機中 生活實例分生活實例分析飛車走壁析飛車走壁 摩托車飛車摩托車飛車走壁走

16、壁,請分析請分析受力情況，受力情況，解釋現(xiàn)象。解釋現(xiàn)象。分析 假設宇宙飛船總質(zhì)量為假設宇宙飛船總質(zhì)量為M，它在地球表面附，它在地球表面附近繞地球做勻速圓周運動近繞地球做勻速圓周運動,速率為速率為V，其軌道半，其軌道半徑近似等于地球半徑徑近似等于地球半徑R，航天員質(zhì)量為，航天員質(zhì)量為m，宇宙，宇宙飛船和航天員受到的地球引力近似等于他們在飛船和航天員受到的地球引力近似等于他們在地面上的重力試求座艙對宇航員的支持地面上的重力試求座艙對宇航員的支持力通過求解你可以得出什么結(jié)論力通過求解你可以得出什么結(jié)論? 為了全人類的和平進步，為了全人類的和平進步，中國人來到太空了中國人來到太空了!0在航天器中所有和

17、重力有關的儀器都無法使用！在航天器中所有和重力有關的儀器都無法使用！彈簧測力計無法測量物體的重力，彈簧測力計無法測量物體的重力，無法用天平測量物體的質(zhì)無法用天平測量物體的質(zhì)量量,想想還有哪些例子想想還有哪些例子?但仍能測量拉力或壓力的大小。但仍能測量拉力或壓力的大小。觀察觀察鏈球鏈接鏈球.wmv視頻木塊離心運動離心運動現(xiàn)象1 1、定義、定義： 當向心力突然消失或者指向圓心的合力不足當向心力突然消失或者指向圓心的合力不足時，物體做逐漸遠離圓心的運動，叫做離心運時，物體做逐漸遠離圓心的運動，叫做離心運動。動。實例2、物體作離心運動的條件：20mrFF合合或向心、圓周、離心運動“供”“需”是否平衡決

18、定物體做何種運動供提供物體做圓周運動的力需物體做勻速圓周運動所需的力F=rvm2勻速圓周運動Frvm2向心運動離心運動的應用與防止離心運動的應用與防止用離心機把用離心機把體溫計的水體溫計的水銀柱甩回玻銀柱甩回玻璃泡內(nèi)璃泡內(nèi)制作棉花糖的原理：制作棉花糖的原理：內(nèi)筒與洗衣機的脫水筒相似，里內(nèi)筒與洗衣機的脫水筒相似，里面加入白砂糖，加熱使糖熔化成面加入白砂糖，加熱使糖熔化成糖汁。內(nèi)筒高速旋轉(zhuǎn)，黏稠的糖糖汁。內(nèi)筒高速旋轉(zhuǎn)，黏稠的糖汁就做離心運動，從內(nèi)筒壁的小汁就做離心運動，從內(nèi)筒壁的小孔飛散出去，成為絲狀到達溫度孔飛散出去，成為絲狀到達溫度較低的外筒，并迅速冷卻凝固，較低的外筒，并迅速冷卻凝固，變得纖

19、細雪白，像一團團棉花。變得纖細雪白，像一團團棉花。OF靜靜vOFv探究思考：要防止離心現(xiàn)象發(fā)生，該怎么辦？要防止離心現(xiàn)象發(fā)生，該怎么辦？A、減小物體運動的速度，使物體作圓周運動、減小物體運動的速度，使物體作圓周運動時所需的向心力減小時所需的向心力減小B、增大合外力，使其達到物體作圓周運動時、增大合外力，使其達到物體作圓周運動時所需的向心力所需的向心力C、作勻速圓周運動的物體，它自己會產(chǎn)生一個、作勻速圓周運動的物體，它自己會產(chǎn)生一個向心力，維持其作圓周運動向心力，維持其作圓周運動A、作勻速圓周運動的物體，在所受合外力突然消、作勻速圓周運動的物體，在所受合外力突然消失時，將沿圓周半徑方向離開圓心失時，將沿圓周半徑方向離開圓心B、作勻速圓周運動的物體，在所受合外力突然、作勻速圓周運動的物體，在所受合外力突然消失時，將沿圓周切線方向離開圓心消失時，將沿圓周切線方向離開圓心D、作離心運動的物體，是因為受到離心力作用、作離心運動的物體，是因為受到離心力作用的緣故的緣故1、下列