高中物理：向心力的實例分析教案魯科版必修

1、第三節(jié) 向心力的實例分析三維目標(biāo) 一、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，它就是物體所受的向心力。會在具體問題中分析向心力的來源。 2、引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用牛頓第二定律和有關(guān)向心力知識分析實例，使學(xué)生深刻理解向心力的基礎(chǔ)知識。3、熟練掌握應(yīng)用向心力知識分析兩類圓周運動模型的步驟和方法。二、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(xué)生的分析和解決問題的能力。2、通過對勻速圓周運動的規(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辨證關(guān)系，提高學(xué)生的分析能力。3、運用啟發(fā)式問題探索教學(xué)方法，激發(fā)學(xué)生的求知欲和探索動機；鍛煉學(xué)生觀

2、察、分析、抽象、建模的解決實際問題的方法和能力。三、情感態(tài)度與價值觀1、通過對幾個實例的分析，使學(xué)生明確具體問題必須具體分析。2、激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生關(guān)心周圍事物的習(xí)慣。3、培養(yǎng)學(xué)生的主動探索精神、應(yīng)用實踐能力和思維創(chuàng)新意識。重點難點 重點：理解做勻速圓周運動的物體受到的向心力是由某幾個力的合力提供的，而不是一種特殊的力；找出向心力的來源，理解并掌握在勻速圓周運動中合外力提供向心力， 能用向心力公式解決有關(guān)圓周運動的實際問題。 難點：火車在傾斜彎道上轉(zhuǎn)彎的圓周運動模型的建立；臨界問題中臨界條件的確定。 教學(xué)方法 講授、分析、推理、歸納 教學(xué)用具 說明火車轉(zhuǎn)彎的實物模型，CAI課件 教學(xué)過

3、程 新課引入： 分析和解決勻速圓周運動的問題，關(guān)鍵是把向心力的來源弄清楚。本節(jié)課我們應(yīng)用向心力公式來分析幾個實際問題。 （一）復(fù)習(xí)關(guān)于向心力的來源 1、向心力是按效果命名的力； 2、任何一個力或幾個力的合力只要它的作用效果是使物體產(chǎn)生向心加速度，它就是物體所受的向心力；3、不能認(rèn)為做勻速圓周運動的物體除了受到物體的作用力以外，還要另外受到向心力作用。（二）實例1：火車轉(zhuǎn)彎課件模擬在平直軌道上勻速行駛的火車，提出問題：（1）火車受幾個力作用？（2）這幾個力的關(guān)系如何？（學(xué)生觀察，畫受力分析示意圖）師生互動：火車受重力、支持力、牽引力及摩檫力，其合力為零。過渡：那火車轉(zhuǎn)彎時情況會有何不同呢？課件模

4、擬平彎軌道火車轉(zhuǎn)彎情形，提出問題：（1）轉(zhuǎn)彎與直進有何不同？（2）當(dāng)火車轉(zhuǎn)彎時，它在水平方向做圓周運動。是什么力提供火車做圓周運動所需的向心力呢？ 師生互動：分析內(nèi)外軌等高時向心力的來源（運用模型說明） （1）此時火車車輪受三個力：重力、支持力、外軌對輪緣的彈力。 （2）外軌對輪緣的彈力提供向心力。（3）由于該彈力是由輪緣和外軌的擠壓產(chǎn)生的，且由于火車質(zhì)量很大，故輪緣和外軌間的相互作用力很大，易損害鐵軌。師設(shè)疑：那么應(yīng)該如何解決這個問題？學(xué)生活動：發(fā)揮自己的想象能力，結(jié)合知識點設(shè)計方案。提示 ：（1）、設(shè)計方案目的是為了減少彈力（2）、播放視頻火車轉(zhuǎn)彎學(xué)生提出方案：火車外軌比內(nèi)軌高，使鐵軌對火

5、車的支持力不再是豎直向上。此時，支持力與重力不再平衡，他們的合力指向“圓心”，提供向心力，從而減輕輪緣和鐵軌之間的擠壓。學(xué)生討論：什么情況下可以完全使輪緣和鐵軌之間的擠壓消失呢？學(xué)生歸納：轉(zhuǎn)彎處要選擇內(nèi)外軌適當(dāng)?shù)母叨炔?，使轉(zhuǎn)彎時所需的向心力完全由重力G和支持力FN來提供，這樣外軌就不受輪緣的擠壓了。 師生互動：老師邊畫圖邊講解做定量分析并歸納總結(jié)（過程略） （三）實例2：汽車過拱橋 （可通過學(xué)生看書，討論，總結(jié)） 問題：質(zhì)量為m的汽車在拱橋上以速度v前進，橋面的圓弧半徑為 r，求汽車通過橋的最高點時對橋面的壓力。 解析：選汽車為研究對象，對汽車進行受力分析：汽車在豎直方向受到重力G和橋?qū)嚨闹?/p>

6、持力F1作用，這兩個力的合力提供向心力、且向心力方向向下 建立關(guān)系式： 又因支持力與汽車對橋的壓力是一對作用力與反作用力，所以 （1） 當(dāng)v = 時，F(xiàn) = 0（2） 當(dāng)0 v 時 , 0 F mg（3） 當(dāng) v 時, 汽車將脫離橋面，發(fā)生危險。小結(jié)：上述過程中汽車雖然不是做勻速圓周運動，但我們?nèi)匀皇褂昧藙蛩賵A周運動的公式。原因是向心力和向心加速度的關(guān)系是一種瞬時對應(yīng)關(guān)系，即使是變速圓周運動，在某一瞬時，牛頓第二定律同樣成立，因此，向心力公式照樣適用。 （四）豎直平面內(nèi)的圓周運動 過渡：教師演示“水流星”提出問題 提問：最高點水的受力情況？向心力是什么？ 提問：最低點水的受力情況？向心力是什么

7、？ 提問：速度最小是多少時才能保證水不流出？ 學(xué)生討論：最高點、最低點整體的受力情況。師生互動：在豎直平面內(nèi)圓周運動能經(jīng)過最高點的臨界條件：1、用繩系水桶沿圓周運動，桶內(nèi)的水恰能經(jīng)過最高點時，滿足彈力F=0,重力提供向心力 mg=m 得臨界速度v0=當(dāng)水桶速度vv0時才能經(jīng)過最高點2、如果是用桿固定小球使球繞桿另一端做圓周運動經(jīng)最高點時，由于所受重力可以由桿給它的向上的支持力平衡，由mgF=m=0得臨界速度v0=0當(dāng)小球速度v0時，就可經(jīng)過最高點。3、小球在圓軌道外側(cè)經(jīng)最高點時，mgF=m 當(dāng)F=0時得臨界速度 v0=當(dāng)小球速度 vv0 時才能沿圓軌道外側(cè)經(jīng)過最高點。（五）歸納勻速圓周運動應(yīng)用問題的解題步驟 1、明確研究對象，確定它在哪個平面內(nèi)做圓周運動，找到圓心和半徑。 2、確定研究對象在某個位置所處的狀態(tài)，進行具體的受力分析，分析哪些力提供了向心力。 3、建立以向心方向為正方向的坐標(biāo)，找出向心方向的合外力，根據(jù)向心力公式列方程。 4、解方程，對結(jié)果進行必要的討論。（六）課堂討論 1