高中物理人教新課標(biāo)教案：必修2勻速圓周運動的實例分析

課題：勻速圓周運動的實例分析教知識學(xué)能目力品標(biāo)德1、知識目標(biāo)（1）知道向心力是做勻速圓周物體的合外力，對變速圓周運動的物體向心力是沿半徑方向（法向）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動；（3）會在具體問題中分析向心力的來源。2、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，明確解決實際問題的思路和方法。3、德育目標(biāo)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教重材點分難析點重點：（1）掌握勻速圓周運動向心力、向心加速度的相關(guān)公式；（2）能用上述公式解決有關(guān)圓周運動的實例。難點：理解向心力是由法向合力提供的，而不是一種特殊的力。在變速圓周運動中公式中各量的對應(yīng)關(guān)系。板書設(shè)計示意框圖時序教學(xué)過程設(shè)計（重點寫怎么教及學(xué)法指導(dǎo)，含課練，作業(yè)安排）（一）引入新課復(fù)習(xí)提問：向心加速度a的公式怎樣寫？根據(jù)牛頓第二定律F＝ma可得，對應(yīng)的向心力公式有哪幾個？引入：在日常生活中有很多圓周運動問題，而且大多是變速圓周運動，本節(jié)課我們應(yīng)用圓周運動的向心力和向心加速度公式來分析幾個實際問題，并從勻速圓周運動的分析推廣到變速圓周運動的分析。（二）進行新課1、分析圓周運動問題的解題步驟（1）明確研究對象：根據(jù)研究的問題，確定研究的對象。（2）定圓心找半徑：確定研究對象在哪個平面內(nèi)做圓周運動，找到圓心和半徑。（3）搞清向心力的來源：向心力是按效果命名的力，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；不能認為做勻速圓周運動的物體除了受到另外物體的作用外，還要受到向心力的作用。根據(jù)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。對于變速圓周運動，向心力是沿半徑方向的合力提供的。（4）列方程：建立以向心加速度方向為正方向的坐標(biāo)，根據(jù)向心力公式列方程。對于變速圓周運動，向心力和向心加速度公式仍然適用，但要注意公式中各量的瞬時對應(yīng)關(guān)系。（5）解方程：解方程，對結(jié)果進行必要的討論。2、實例分析【實例1】車輛轉(zhuǎn)彎（1）自行車（或摩托車）轉(zhuǎn)彎我們在騎自行車轉(zhuǎn)彎時，有向外滑出的趨勢，地面對自行車有指向內(nèi)側(cè)的靜摩擦力F1，這個靜摩擦力提供自行車轉(zhuǎn)彎時所需的向心力。根據(jù)向心力公式有從公式中可以看出，轉(zhuǎn)彎時所需的向心力與轉(zhuǎn)彎時的速率及半徑有關(guān)，如果轉(zhuǎn)彎時的速率過大，靜摩擦力不能滿足轉(zhuǎn)彎需要時自行車將向外滑出。【課件展示】摩托車轉(zhuǎn)彎思考：摩托車轉(zhuǎn)彎時車身為什么要適當(dāng)傾斜？（2）汽車轉(zhuǎn)彎①在水平路面上轉(zhuǎn)彎：汽車在水平路面上轉(zhuǎn)彎時的向心力也來源于地面的靜摩擦力，根據(jù)向心力公式有F=mv2/rθGθGFNF1②在傾斜路面上轉(zhuǎn)彎：汽車在傾斜路面上轉(zhuǎn)彎時，重力和支持力的合力可提供一部分向心力。彎道的路面修好以后，r、θ為定值，因而F1的數(shù)值與v有關(guān)，當(dāng)速率v合適時，可使F1等于零，這時G與FN的合力恰好提供轉(zhuǎn)彎時所需的向心力，這時的速率叫做規(guī)定速率。（3）火車轉(zhuǎn)彎①在水平路面上轉(zhuǎn)彎：在平直軌道上勻速行駛時，所受的合力等于0；轉(zhuǎn)彎時火車車輪受三個力：重力、支持力、外軌對輪緣的彈力，這時外軌對輪緣的彈力提供向心力。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。θGFNFθGFNF思考練習(xí)：若火車轉(zhuǎn)彎時的速率v＞v0，火車的哪一側(cè)輪緣與軌道之間產(chǎn)生擠壓？若火車轉(zhuǎn)彎時的速率v＜v0，火車的哪一側(cè)輪緣與軌道之間產(chǎn)生擠壓？【實例2】汽車過拱橋問題：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，求汽車過橋的最高點時對橋面的壓力？GGF1選汽車為研究對象，對汽車進行受力分析：受到重力和橋?qū)嚨闹С至?，兩個力的合力提供向心力、且向心力方向豎直向下，根據(jù)向心力公式有F＝G－F1＝mv2/r解得橋?qū)嚨闹С至镕1＝G－mv2/r，又因支持力與壓力是一對作用力與反作用力，所以汽車對橋的壓力大小等于F1，由上式看出這個壓力小于汽車的重力G，汽車過拱橋時處于失重狀態(tài)。汽車過拱橋時的速度越大，汽車對橋的壓力越小，當(dāng)速度增大到一定值時，汽車會脫離地面飛起來。（三）鞏固訓(xùn)練Lθ①汽車過凹形橋：學(xué)生解答課后“思考與討論”Lθ②圓錐擺：在長度是L的細繩下端拴一質(zhì)量為m的小球，固定繩子的上端，使小球在水平面內(nèi)做勻速圓周運動，細繩就沿圓錐面旋轉(zhuǎn)。試分析做圓錐擺運動的小球的向心力的來源，并討論小球旋轉(zhuǎn)的角速度逐漸增大時帶來的小球受力和運動情況的變化。（四）總結(jié)、拓展這節(jié)課我們學(xué)習(xí)了分析圓周運動問題的基本思路和方法，著重分析幾個圓周運動的實際問題，實際中的圓周運動問題還很多，希望同學(xué)們在應(yīng)用中逐步加深對圓周運動問題的認識。（五）布置作業(yè)P97練習(xí)六（4）、（5）；P101習(xí)題6、7教學(xué)后記科目物理年級高一班級時間年月日課題：勻速圓周運動實例分析（習(xí)題課）教知識學(xué)能目力品標(biāo)德1、進一步掌握勻速圓周運動的有關(guān)知識，知道向心力和向心加速度的公式也適用于變速圓周運動2、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。3、會在具體問題中分析向心力的來源，熟練應(yīng)用勻速圓周運動的有關(guān)公式分析和計算有關(guān)問題。教重材點分難析點重點：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；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(guān)系，提高學(xué)生的分析能力。難點：在具體問題中能找到向心力，并結(jié)合牛頓運動定律求解有關(guān)問題板書設(shè)計示意框圖時序教學(xué)過程設(shè)計（重點寫怎么教及學(xué)法指導(dǎo)，含課練，作業(yè)安排）（一）引入上節(jié)課我們學(xué)習(xí)了勻速圓周運動的實例分析，要學(xué)會應(yīng)用勻速圓周運動的有關(guān)公式分析和計算有關(guān)問題，學(xué)習(xí)解決實際問題的方法。下面我們通過習(xí)題課加深對上節(jié)課知識的理解和應(yīng)用。（二）復(fù)習(xí)提問1.舉出幾個在日常生活中遇到的物體做圓周運動的實例。2.火車轉(zhuǎn)彎處，外軌略高于內(nèi)軌，試用圓周運動的有關(guān)知識，說明這樣設(shè)計的優(yōu)點是什么？并畫出受力分析圖。3、應(yīng)用向心力公式解題的一般步驟：（1）明確研究對象：解題時要明確所研究的是哪一個做圓周運動的物體。（2）確定物體做圓周運動的軌道平面，并找出圓心和半徑。（3）確定研究對象在某個位置所處的狀態(tài)，分析物體的受力情況，判斷哪些力提供向心力.這是解題的關(guān)鍵。（4）根據(jù)向心力公式列方程求解。（三）例題精講圖1【例題1】如圖1所示，汽車質(zhì)量為×104kg，以不變的速率先后駛過凹形橋面和凸形橋面，橋面圓弧半徑為15ｍ，如果橋面承受的最大壓力不得超過×105N，汽車允許的最大速率是多少?汽車以此速率駛過橋面的最小壓力是多少?（ｇ＝10m圖1圖2解析：首先要確定汽車在何位置時對橋面的壓力最大，汽車經(jīng)過凹形橋面時，向心加速度方向向上，汽車處于超重狀態(tài)；經(jīng)過凸形橋面時，向心加速度方向向下，汽車處于失重狀態(tài)，所以當(dāng)汽車經(jīng)過凹形橋面的最低點時如圖2，汽車對橋面的壓力最大，汽車經(jīng)過凸橋頂點時對橋面的壓力最小。圖2小結(jié)：公式F=mv2/r是牛頓第二定律在圓周運動中的應(yīng)用，向心力就是做勻速圓周運動的物體所受的合外力.因此，牛頓定律導(dǎo)出的一些規(guī)律（如超重、失重等）在本章仍適用.【例題2】繩系著裝有水的水桶，在豎直平面內(nèi)做圓周運動，水的質(zhì)量m＝kg，繩長l＝60cm，求：（1）最高點水不流出的最小速率?（2）水在最高點速率v＝3m/s時，水對桶底的壓力?小結(jié)：抓住臨界狀態(tài)，找出臨界條件是解這類極值問題的關(guān)鍵.思考：若本題中將繩換成輕桿，將桶換成球，上面所求的臨界速率還適用嗎?（四）課堂練習(xí)1.質(zhì)量為m的小球用細線懸于O點，可在豎直平面內(nèi)做圓周運動，到達最高點時的速度（l為細線長），則此時細線的張力為_____，若到達最高點時的速度時，細線的張力為_____2、鐵路轉(zhuǎn)彎處的圓弧半徑是R，內(nèi)側(cè)和外側(cè)的高度差為h，L是兩軌間距離，當(dāng)列車的轉(zhuǎn)彎速率大于_____時，外側(cè)鐵軌與輪緣間發(fā)生擠壓。3、質(zhì)量為m的滑塊滑到圓弧軌道的最低點時速度大小為v，已知圓弧軌道的半徑是R，則滑塊在圓弧軌道最低點時對軌道的壓力是_____.4、半徑為R的圓筒A，繞其豎直中心軸勻速轉(zhuǎn)動，其內(nèi)壁上有一質(zhì)量為m的物體B，B一邊隨A轉(zhuǎn)動，一邊以豎直的加速度a下滑，AB間的動摩擦因數(shù)為μ，A轉(zhuǎn)動的角速度大小為_____.5、在水平面上轉(zhuǎn)彎的汽車，向心力是 A．重力與支持力的合力B．靜摩擦力C．滑動摩擦力