生活中的圓周運(yùn)動(dòng)（第1課時(shí)） 教學(xué)設(shè)計(jì) 高一下學(xué)期物理人教版（2019）必修第二冊(cè)

課題第六章圓周運(yùn)動(dòng)第四節(jié)生活中的圓周運(yùn)動(dòng)授課時(shí)間年月日課時(shí)共2課時(shí)第一課時(shí)課型新課核心素養(yǎng)目標(biāo)物理觀念1.進(jìn)一步加深對(duì)向心力的認(rèn)識(shí)，會(huì)在實(shí)際問題中分析向心力的來源2.能定性分析火車外軌比內(nèi)軌高的原因，及車速變化時(shí)內(nèi)外軌的壓力變化科學(xué)思維培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立觀察、分析問題、解決問題的能力，提高學(xué)生概括總結(jié)知識(shí)的能力。科學(xué)探究通過對(duì)幾個(gè)圓周運(yùn)動(dòng)的事例分析，掌握用牛頓第二定律分析向心力的方法。社會(huì)責(zé)任與態(tài)度通過離心運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用和防止的實(shí)例分析．使學(xué)生明白事物都是一分為二的，要學(xué)會(huì)用一分為二的觀點(diǎn)來看待問題，養(yǎng)成良好的思維表述習(xí)慣和科學(xué)的價(jià)值觀。思政育人目標(biāo)楊振寧在粒子物理學(xué)、統(tǒng)計(jì)力學(xué)和凝聚態(tài)物理等領(lǐng)域作出里程碑性貢獻(xiàn)。20世紀(jì)50年代和R.L.米爾斯合作提出非阿貝爾規(guī)范場(chǎng)理論；1956年和李政道合作提出弱相互作用中宇稱不守恒定律；在粒子物理和統(tǒng)計(jì)物理方面做了大量開拓性工作，提出楊－巴克斯特方程，開辟量子可積系統(tǒng)和多體問題研究的新方向等。楊振寧還推動(dòng)了香港中文大學(xué)數(shù)學(xué)科學(xué)研究所、清華大學(xué)高等研究中心、南開大學(xué)理論物理研究室和中山大學(xué)高等學(xué)術(shù)研究中心的成立。教學(xué)重點(diǎn)掌握具體問題中向心力的來源的分析教學(xué)難點(diǎn)1、具體問題中向心力的來源尤其是火車轉(zhuǎn)彎問題。2、離心現(xiàn)象的理解教學(xué)方法講授法，演示實(shí)驗(yàn)法，分析法，歸納總結(jié)學(xué)習(xí)方法觀察法，練習(xí)法，交流討論教學(xué)用具課本，多媒體課件，實(shí)驗(yàn)視頻教學(xué)過程共案二次備課(手寫）一、導(dǎo)入新課賽車在經(jīng)過彎道時(shí)都會(huì)減速，如果不減速賽車就會(huì)出現(xiàn)側(cè)滑,從而引發(fā)事故，大家思考一下我們?nèi)绾尾拍苁官愜囋趶澋郎喜粶p速通過?出示圖片:摩托車轉(zhuǎn)彎摩托車賽中摩托車在經(jīng)過彎道時(shí)不減速，可以通過傾斜摩托車來通過彎道，你知道什么力提供向心力？向心力與傾斜度有關(guān)嗎？今天我們就通過實(shí)例來解決這類問題二、講授新課（一）火車轉(zhuǎn)彎1、在平直軌道上勻速行駛的火車受幾個(gè)力作用?這幾個(gè)力的關(guān)系如何?火車受重力、支持力、牽引力及摩擦力．且四個(gè)力合力為零，其中重力和支持力的合力為零，牽引力和摩擦力的合力為零。那火車轉(zhuǎn)彎時(shí)情況會(huì)有何不同呢?2、火車轉(zhuǎn)彎火車轉(zhuǎn)彎時(shí)實(shí)際是在做圓周運(yùn)動(dòng)，因而具有向心加速度。是什么力使它產(chǎn)生向心加速度？出示圖:火車的輪緣教師歸納:與汽車輪胎不同的是，火車的車輪上有突出的輪緣.3、火車轉(zhuǎn)彎時(shí)向心力的來源火車在水平軌道上轉(zhuǎn)彎時(shí)，所需的向心力由誰(shuí)提供？鐵路彎道的內(nèi)外軌一樣高，火車轉(zhuǎn)彎時(shí)，外側(cè)車輪的輪緣擠壓外軌，使外軌發(fā)生彈性形變，外軌對(duì)輪緣的彈力是火車轉(zhuǎn)彎所需向心力的主要來源。出示圖片:火車轉(zhuǎn)彎示意圖火車質(zhì)量太大，靠這種辦法得到向心力，將會(huì)使輪緣與外軌間的相互作用力過大，不僅鐵軌和車輪極易受損，還可能使火車側(cè)翻。如果在彎道處使外軌略高于內(nèi)軌，就可解決這一問題。4、彎道處使外軌略高于內(nèi)軌火車轉(zhuǎn)彎時(shí)鐵軌對(duì)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)，它與重力G的合力指向圓心，為火車轉(zhuǎn)彎提供了一部分向心力。這就減輕了輪緣與外軌間的擠壓。向心力是水平的思考討論：軌道對(duì)輪緣無擠壓，此時(shí)火車的速度為多大？在修筑鐵路時(shí)，要根據(jù)彎道的半徑和規(guī)定的行駛速度，適當(dāng)選擇內(nèi)外軌的高度差，使轉(zhuǎn)彎時(shí)所需的向心力幾乎完全由重力G和支持力FN的合力來提供。F合＝mgtanθ火車轉(zhuǎn)彎時(shí)所需的向心力Fn=mv2/r思考討論：若火車的速度大于或小于這個(gè)值時(shí)，軌道對(duì)輪緣有擠壓?jiǎn)?？火車向外?cè)運(yùn)動(dòng)做離心運(yùn)動(dòng)，輪緣受到外軌向內(nèi)的彈力?；疖囅騼?nèi)側(cè)運(yùn)動(dòng)做向心運(yùn)動(dòng)，輪緣受到內(nèi)軌向外的彈力。針對(duì)練習(xí)1、火車轉(zhuǎn)彎可近似看成是做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，當(dāng)火車速度提高時(shí)會(huì)使軌道的外軌受損。為解決火車高速轉(zhuǎn)彎時(shí)不使外軌受損這一難題，你認(rèn)為以下措施可行的是（）A．適當(dāng)增高內(nèi)軌B．適當(dāng)降低外軌C．減小彎道半徑D．增大彎道半徑典型例題:火車以半徑R=900m轉(zhuǎn)彎，火車質(zhì)量為8×105kg，速度為30m/s，火車軌距l(xiāng)=1.4m，要使火車通過彎道時(shí)僅受重力與軌道的支持力，軌道應(yīng)該墊的高度h？二、汽車過拱形橋1、汽車過拱形橋汽車通過拱形橋質(zhì)量為m的汽車在拱形橋上以速度v前進(jìn)，設(shè)橋面的圓弧半徑為r我們來分析汽車通過橋的最高點(diǎn)時(shí)對(duì)橋的壓力。它們的合力就是使汽車做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力F，向心加速度的方向豎直向下。F＝mg－FN當(dāng)汽車通過橋的最高點(diǎn)時(shí)，根據(jù)牛頓第二定律F＝ma，因?yàn)镕＝mv2/r所以mg－FN＝mv2/r,FN＝mg－mv2/r,由牛頓第三定律：FN′＝mg－mv2/r即：汽車對(duì)橋的壓力FN′與橋?qū)ζ嚨闹С至N是一對(duì)作用力和反作用力，大小相等。所以壓力的大小為FN′＝mg－mv2/r<mg即：汽車處于失重現(xiàn)象而且汽車的速度越大，汽車對(duì)橋的壓力越小。思考討論：當(dāng)恰好FN′=0時(shí)，汽車的速度為多大？當(dāng)汽車以越來越大的速度通過拱形橋的最高點(diǎn)時(shí)，會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象？當(dāng)恰好FN′=0時(shí)，重力提供物體做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，即：mg＝mv2/R解得：由FN′＝mg－mv2/r<mg可知，速度越來越大，F(xiàn)N′越來越小，當(dāng)FN′=0，即：汽車脫離橋面，做平拋運(yùn)動(dòng)，汽車及其中的物體處于完全失重狀態(tài)。2、汽車通過凹形路面FN－mg＝mv2/rFN＝mg+mv2/r＞mg由牛頓第三定律得，汽車通過橋的最高點(diǎn)時(shí)對(duì)橋的壓力比汽車重力大FN′＝mg+mv2/r>mg,此時(shí)汽車處于超重現(xiàn)象。三、課堂練習(xí)1、如圖所示，一輛汽車正通過一段彎道公路，視汽車做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，則（）A．該汽車速度恒定不變。B．汽車左右兩車燈的線速度大小相等。C．若速率不變，則跟公路內(nèi)道相比，汽車在外道行駛時(shí)所受的向心力較小。D．若速率不變，則跟晴天相比，雨天路滑時(shí)汽車在同車道上行駛時(shí)所受的向心力較小。2、火車轉(zhuǎn)彎時(shí)可以看成是做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，火車速度提高會(huì)使外軌受損，為解決火車高速轉(zhuǎn)彎時(shí)不使外軌受損這一難題，你認(rèn)為以下措施可行的是（）①增加內(nèi)外軌的高度差②減小內(nèi)外軌的高度差③增大彎道半徑④減小彎道半徑。A．①③B．②③C．①④D．②④四、課堂小結(jié)火車轉(zhuǎn)彎：時(shí)，重力G和支持力FN的合力來提供火車轉(zhuǎn)彎時(shí)所需的向心力。v>v0，外軌有擠壓；v<v0，內(nèi)軌有擠壓。2.拱橋：FN=mg-mv2/R<mg失重現(xiàn)象；凹橋：FN=mg+mv2/R>mg超重現(xiàn)象。3、在所受合外力突然消失或不足以提供圓周運(yùn)動(dòng)所需向心力時(shí)F<mrω2做離心運(yùn)動(dòng)。板書設(shè)計(jì):6.4生活中的圓周運(yùn)動(dòng)一、火車轉(zhuǎn)彎1、時(shí)，重力G和支持力FN的合力來提供火車轉(zhuǎn)彎時(shí)所需的向心力。v>v0，外軌有擠壓；v<v