高中物理魯科版4第三章電磁波 向心力教案勻速圓周運(yùn)動(dòng)實(shí)例分析

粵教版必修（2）第二章第二節(jié)《向心力》(第二課時(shí))勻速圓周運(yùn)動(dòng)實(shí)例分析一、教材分析本節(jié)內(nèi)容在教材中并沒有單獨(dú)設(shè)計(jì)，為了讓學(xué)生提高應(yīng)用物理知識(shí)的能力可以單獨(dú)再安排一節(jié)。在上節(jié)課的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高應(yīng)用受力分析和運(yùn)動(dòng)分析的能力，提升列式的技巧，并鞏固汽車、火車轉(zhuǎn)彎、圓錐擺等水平面內(nèi)圓周問題和蕩秋千、汽車過拱橋、過山車等豎直面內(nèi)圓周運(yùn)動(dòng)最高點(diǎn)最低點(diǎn)處的分析方法，從而對(duì)力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系有進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，并理解圓周運(yùn)動(dòng)的分析步驟。二、學(xué)生分析：學(xué)生初步具備了以加速度為橋梁的運(yùn)動(dòng)和力關(guān)系的知識(shí)體系。本節(jié)通過例題分析和練習(xí)使學(xué)生認(rèn)識(shí)到牛頓運(yùn)動(dòng)規(guī)律也運(yùn)用于曲線運(yùn)動(dòng)，理解分析求解向心力問題的列式技巧和分析步驟。并能理解向心力不是一種特殊的力，在變速圓周運(yùn)動(dòng)中向心力不是合力。三、教學(xué)目標(biāo)：（一）知識(shí)目標(biāo)：1、知道向心力是物體沿半徑方向的合外力。2、知道向心力、向心加速度的公式也適用于變速圓周運(yùn)動(dòng)。3、會(huì)在具體問題中分析向心力的來源。（二）能力目標(biāo)：培養(yǎng)學(xué)生的分析能力、綜合能力和推理能力，明確解決實(shí)際問題的思路和方法（三）德育目標(biāo)：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四、教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)：教學(xué)重點(diǎn)：1、掌握勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力公式及與圓周運(yùn)動(dòng)有關(guān)的幾個(gè)公式2、能用上述公式解決有關(guān)圓周運(yùn)動(dòng)的實(shí)例教學(xué)難點(diǎn)：1、理解做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體受到的向心力是由某幾個(gè)力的合力提供的，而不是一種特殊的力。2、清楚在變速圓周運(yùn)動(dòng)中切線方向上有力才能改變速度大小，在變速圓周運(yùn)動(dòng)中向心力并不等于合力。五、教學(xué)方法：講授法、分析歸納法、推理法六、教學(xué)過程：（一）引入新課1、復(fù)習(xí)提問：（1）什么是勻速圓周運(yùn)動(dòng)？（2）描述圓周運(yùn)動(dòng)的物理量有哪些？它們的定義式和相互關(guān)系式如何？向心力的求解公式有哪幾個(gè)？如何求解向心加速度？（3）勻速圓周運(yùn)動(dòng)的本質(zhì)是一種什么樣的運(yùn)動(dòng)？2、引入：上兩節(jié)我們介紹了圓周運(yùn)動(dòng)及描述它的有關(guān)物理量，還介紹了一些常見的實(shí)際運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象，本節(jié)課我們應(yīng)用上述公式來對(duì)幾個(gè)實(shí)際問題進(jìn)行分析。（二）新課1、用課件出示本節(jié)課的學(xué)習(xí)目標(biāo)：①知道向心力是物體沿半徑方向所受的合外力提供的。②知道向心力、向心加速度的公式也適用于變速圓周運(yùn)動(dòng)。③會(huì)在具體問題中分析向心力的來源，并進(jìn)行有關(guān)計(jì)算。2、水平面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)分析例一、水平面上繞自身軸勻速旋轉(zhuǎn)的圓盤上放置一木塊，木塊相對(duì)圓盤靜止，試分析木塊的向心力由什么來提供。例二、試分析在豎直放置光滑圓錐內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)小球所需的向心力由什么提供。（雜技節(jié)目中的飛車走壁現(xiàn)象中的穩(wěn)定狀態(tài)）例三、討論火車轉(zhuǎn)彎時(shí)所需向心力。（A）路軌一樣高，車體不傾斜時(shí)；（B）路軌外高內(nèi)低，車體傾斜時(shí)（1）介紹：火車在平直軌道上勻速行駛時(shí)，所受的合力等于0，那么當(dāng)火車轉(zhuǎn)彎時(shí)，我們說它做圓周運(yùn)動(dòng)，那么是什么力提供火車的向心力呢？（2）用課件分析內(nèi)外軌等高時(shí)向心力的來源。a：此時(shí)火車車輪受三個(gè)力：重力、支持力、外軌對(duì)輪緣的彈力。b：外軌對(duì)輪緣的彈力提供向心力。c：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。（3）介紹實(shí)際的彎道處的情況。a：展示實(shí)際的轉(zhuǎn)彎處外軌略高于內(nèi)軌。b：用課件展示此時(shí)火車的受力情況，并說明此時(shí)火車的支持力FN的方向不再是豎直的，而是斜向彎道的內(nèi)側(cè)。c：進(jìn)一步用課件展示此時(shí)火車的受力示意圖，并分析得到：此時(shí)支持里與重力的合力提供火車轉(zhuǎn)彎所需的向心力。d：強(qiáng)調(diào)說明：內(nèi)外軌有一定高度差，轉(zhuǎn)彎處要選擇適當(dāng)?shù)男旭偹俣?，使轉(zhuǎn)彎時(shí)所需的向心力完全由重力G和支持里FN來提供這樣外軌就不受輪緣的擠壓了。如果>,車有離心趨勢(shì)，輪緣對(duì)外軌有擠壓，外軌對(duì)車輪提供一定彈力補(bǔ)充不足的向心力；如果<,輪緣對(duì)內(nèi)軌有擠壓，內(nèi)軌對(duì)車輪提供一定彈力抵消過多的向心力。3、討論討論一、：根據(jù)上述例題，我們處理勻速圓周運(yùn)動(dòng)問題的一般步驟如何？①明確研究對(duì)象，找到圓周平面，確定圓心位置。②進(jìn)行受力分析，畫出受力示意圖。③根據(jù)平行四邊形定則和正交分解法求出在半徑方向上的合力，即向心力的表達(dá)式。④根據(jù)牛頓第二定律和向心加速度公式，并結(jié)合圓周運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)列式求解問題。說明：以上圓周運(yùn)動(dòng)的平面都是在一個(gè)水平面的運(yùn)動(dòng)，其中飛車走壁、火車在傾斜路軌上拐彎與圓錐擺的受力是完全一致的。例四、小球做圓錐擺時(shí)細(xì)繩長L，與豎直方向成θ角，求小球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的角速度ω。4、豎直內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)分析：例五、質(zhì)量為m的汽車以恒定的速率v通過半徑均為r的拱橋和凹型地面，如圖所示，求在A點(diǎn)和B點(diǎn)，汽車對(duì)路面的壓力分別是多少？解析：a：選汽車為研究對(duì)象，汽車在豎直平面內(nèi)的圓周上運(yùn)動(dòng)，圓心在下方b：對(duì)汽車進(jìn)行受力分析：受到重力和橋?qū)嚨闹С至：上述兩個(gè)力的合力提供向心力、且向心力方向向下d：建立關(guān)系式：e:：因支持力與壓力是一對(duì)作用力與反作用力，所以且說明：上述過程中汽車做的不是勻速圓周運(yùn)動(dòng)，我們?nèi)允褂昧藙蛩賵A周運(yùn)動(dòng)的公式，原因是向心力和向心加速度的公式對(duì)于變速圓周運(yùn)動(dòng)同樣適用。例六、如圖要使小球滑到圓形軌道頂端不掉下來，小球在軌道頂端的最小速度應(yīng)當(dāng)是多大？已知軌道半徑為R。解析：小球在最高點(diǎn)處在豎直內(nèi)面受重力和軌道對(duì)它的向下的彈力由等式可看出，由于m、R一定，所以v越小，N就越??；當(dāng)N=0時(shí)，小球可具有最小速度為此時(shí)，向心力僅由重力來提供。5、討論：討論二、用牛頓第二定律的瞬時(shí)對(duì)應(yīng)關(guān)系，分析做圓周運(yùn)動(dòng)的條件。討論三、豎直內(nèi)的最高點(diǎn)和最低點(diǎn)存在的超失重現(xiàn)象在什么條件下出現(xiàn)？汽車過拱橋在最高點(diǎn)處的最大最小臨界速度大小如何？過山車倒著過頂時(shí)的最小臨界速度大小如何？討論四、在豎直內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)中物體的速度大小會(huì)變化，說明在切線方向上是否應(yīng)當(dāng)有外力？向心力一定就是物體的合力嗎？（三）鞏固訓(xùn)練1.在一次汽車?yán)愔?，汽車要?jīng)過某半徑為R的圓弧形水平軌道，地面對(duì)汽車的最大靜摩擦力為車重的倍，汽車要想安全通過該彎道，那么汽車的行駛速度不應(yīng)大于( ) 答案：D2.火車轉(zhuǎn)彎處的外軌略高于內(nèi)軌，若火車以規(guī)定的車速行駛時(shí)，則提供向心力的外力是下列各力中的( )A.外軌對(duì)輪的側(cè)向壓力 B.內(nèi)外軌對(duì)輪的側(cè)向壓力C.火車的重力 D.重力和內(nèi)外軌對(duì)輪支持力的合力答案：D3.質(zhì)量為m的小球在豎直平面內(nèi)的圓形軌道的內(nèi)側(cè)運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過最高點(diǎn)而不脫離軌道的臨界速度值是v，當(dāng)小球以2v的速度經(jīng)過最高點(diǎn)時(shí)，對(duì)軌道的壓力值為( )A.0 B.mg C.3mg D.5mg答案：C(點(diǎn)撥：當(dāng)以2v經(jīng)最高點(diǎn)，對(duì)小球,由力的相互性，小球?qū)壍缐毫'=F=3mg)（四）小結(jié)1：物體除受到各個(gè)作用力外，還受一個(gè)向心力嗎？向心力一定等于合力嗎？不能認(rèn)為做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體還要另外受到向心力。只有在勻速圓周運(yùn)動(dòng)中向心力才等于合力，變速時(shí)在切線方向上還有力改變速度大小。2：用向心力公式求解有關(guān)問題時(shí)的解題步驟如何？（1）定對(duì)象，找到圓心和半徑（2）受力分析確定向心力（3）列方程（4）解方程，并討論結(jié)果。3：圓周運(yùn)動(dòng)軌道平面最常見的有哪兩種？水平面內(nèi)和豎直面兩種，其中豎直面內(nèi)的還分物體在圓周內(nèi)部和外部運(yùn)動(dòng)兩種不同情形。4：火車實(shí)際中轉(zhuǎn)彎時(shí)（傾斜路軌平面），向心力由什么提供？汽車通過凹形或凸形拱橋時(shí)對(duì)橋的壓力與重力的關(guān)系如何？在豎直面內(nèi)的最高點(diǎn)不飛出路面時(shí)的臨界速度大小為多少？過山車倒過來過頂時(shí)最小速度又是多少？（五）作業(yè)見附錄練習(xí)題實(shí)例分析水平面內(nèi)：（1）轉(zhuǎn)盤、水平路面轉(zhuǎn)彎、甩水桶等實(shí)例分析水平面內(nèi)：（1）轉(zhuǎn)盤、水平路面轉(zhuǎn)彎、甩水桶等（重