生活中的圆周运动教学设计
教 材 分 析
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本节是圆周运动的综合应用课。教材中的每个例子的选择各有特点，具有代表性：火车的转弯用来分析水平面上的匀速圆周运动；拱形桥和凹形桥用来分析竖直面上的非匀速圆周运动；航天器中的失重现象研究圆周运动中的失重问题；离心运动则研究向心力不足时物体的运动趋势。 教材对几个圆周运动实例的分析，体现着用牛顿第二定律分析向心力及圆周运动的力学问题的基本思路和方法，即先分析物体所受的力，找出向心力，然后根据牛顿第二定律列方程、解方程。这时牛顿第二定律反映的是向心力和向心加速度的关系。本节内容安排2课时，这是第1课时的教学设计。 |
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学 情 分 析 |
在学习本节内容之前，学生已经学习了描述圆周运动的运动学物理量（如线速度、角速度、向心加速度等）和向心力等力学知识，已经掌握了学习本节课必备的物理基础知识。圆周运动虽然是日常生活中的常见现象，但学生对此并没有深刻的了解，对圆周运动的感性认识多，理性认识少，不知道如何准确地、全面地分析这一运动现象。大多数学生对向心力的理解还不够透彻、准确，常常误认为向心力是一种特殊的力，是做圆周运动的物体另外受到的一个力。学生虽然已经能够熟练地应用牛顿第二定律分析直线运动问题，但应用牛顿第二定律分析圆周运动还是第一次，比较陌生，不习惯，不适应。 |
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教 学 目 标 |
知识与技能 1．知道如果一个力或几个力的合力的效果是使物体产生向心加速度，它就是圆周运动的物体所受的向心力．会在具体问题中分析向心力的来源． 2．能理解运用匀速圆周运动的规律分析和处理生产和生活中的具体实例． 3．知道向心力和向心加速度的公式也适用于变速圆周运动，会求变速圆周运动中物体在特殊点的向心力和向心加速度． 过程与方法 1．通过对匀速圆周运动的实例分析，渗透理论联系实际的观点，提高学生分析和解决问题的能力． 2．通过匀速圆周运动的规律也可以在变速圆周运动中使用，渗透特殊性和一般性之间的辩证关系，提高学生的分析能力． 3．通过对生活现象的实例分析，提高学生综合应用知识解决问题的能力． 情感、态度与价值观 1．通过对几个实例的分析，使学生明确具体问题必须具体分析，理解物理与生活的联系，学会用合理、科学的方法处理问题． ． 2．养成良好的思维表述习惯和科学的价值观．
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教 学 重 难 点 |
教学重点 1．理解向心力是一种效果力． 2．在具体问题中能找到是谁提供向心力的，并结合牛顿运动定律求解有关问题． 教学难点 1．具体问题中向心力的来源． 2．关于对临界问题的讨论和分析． 3．对变速圆周运动的理解和处理．
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教 学 方 法 |
探究、讲授、讨论、练习 |
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教 学 手 段 |
教具准备 多媒体课件
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教 学 活 动 [新课导入] [复习提问] 师：如何理解向心力？ 生：（1）向心力总是沿半径指向圆心的 (2)向心力是效果命名力，是由其他力来提供的 (3)根据牛顿第二定律：Fn=man 师：我们前几课从不同的角度学习了圆周运动有关基本知识和基本规律．而学以致用是学习的最终目的，本节课生活中的圆周运动将通过几个具体实例的探讨来深入理解相关知识点并学会应用． [新课教学] 实例1——汽车转弯（水平面内的圆周运动） 师：说起生活中的圆周运动，我们经常见到且比较熟悉的应该就是汽车转弯问题了，下面我们就来一起学习一下汽车转弯的问题，首先我们一起来感受一下汽车快速转弯时的紧张氛围。 师：观看完视频后请同学们用物理学的方法来分析一下，汽车怎样才能安全转弯？（提示：先进行受力分析，对受力分析过程教师要通过幻灯短片问题前行引导，然后分析由谁来提供向心力，最后应用牛顿第二定律列出动力学方程，分析供求关系。） 师：汽车匀速直线行驶受到的力有哪些？ 生：汽车匀速直线行驶受到的力有重力、支持力、牵引力、摩擦力。 师：汽车转弯沿转弯半径指向圆心的向心力由有谁提供？ 生：沿转弯半径指向圆心的静摩擦力提供。 师：汽车质量为m以速度v在半径为R弯道转弯需要多大的样的向力？ 生： 在黑板上板书运动学所需方程。 师：汽车能安全转弯的要求是什么？ 生：沿转弯半径指向圆心的最大静摩擦力大于转弯需要的向心力。（并要学生板书这一物理关系） 师：那么，在不改变汽车行驶速度的情况下，要让汽车安全转弯，我们可以怎么办？ 生：增大摩擦因数增大转弯半径。 师：刚才我们根据摩擦力提供向心力分析了汽车转弯的安全问题，赛车时有没有办法让其他力来提供向心力呢？（停顿一段时间后展示赛车跑道图片） 生：（观察和思考后）。可以让路面倾斜。 师：（引导学生用物理知识分析）为什么让路面倾斜可以增加转弯的安全性。 生：（互相讨论、交流）。 师：公路倾斜以后支持力的提供分力可以提供向心力。 实例2——铁路的弯道（水平面内的圆周运动） 师：(多媒体课件)让学生观察火车车轮的结构，并向学生展示模型。火车在水平面转弯时，强向心力不能由静摩擦力提供，那有谁提供呢?只能由铁轨外轨的轮缘和铁轨之间互相挤压而产生的弹力提供． 师：挤压的后果会怎样? 生：由于火车质量、速度比较大，故所需向心力也很大．这样的话，轮缘和铁轨之间的挤压作用力将很大，导致的后果是铁轨容易损坏，轨缘也容易损坏． 师：(设疑引申)为了解决这一实际问题，结合赛车跑到的知识提出可行的解决方案． 生：通过思考得出解决方案，让外轨比内轨略高。 师：学生讨论交流火车转弯所需的向心力的方向是在水平方向上还是在与斜面平行的方向上？ 生：水平方向。 师：学生分组活动，讨论一下火车在倾斜轨道上的受力，找出其所提供向心力和所需向心力的关系。让学生在黑板上板书的受力图，进行定性分析；（在此处为调动学生的积极性，将其分为工程师和火车司机两大组，从不同角度探究） 实例3——汽车过桥（竖直面内的圆周运动） 师：(多媒体课件)通过观察生活见到的大部分的拱形桥，提出问题：为什么我们所见到桥的外形大部分都是拱起的？这样的设计跟向心力又有怎么样的关系呢？（以质量为m的汽车在拱形桥上以速度V行驶，桥面的圆弧半径为R,画受力分析图，分析汽车通过桥的最高点时对桥的压力说明）． 生：在最高点，对汽车进行受力分析，确定向心力的来源；由牛顿第二定律列出方程求出汽车受到的支持力：由牛顿第三定律求出桥面受到的压力．F’N=G—mv2/r 可见，汽车对桥的压力F’N小于汽车的重力G，并且压力随汽车速度的增大而减小． 师：请同学们进一步考虑当汽车对桥的压力刚好减为零时，汽车的速度有多大．当汽车的速度大于这个速度时，会发生什么现象? 生：把 F’N=0代人上式可得，此时汽车的速度为，当汽车的速度大于这个速度时，就会发生汽车飞出去的现象．这种现象我们在电影里看到过． 师：接着发挥我们的想象力，地球可以看作一个巨大的拱型桥，其半径就是地球半径R（R=6400km），汽车在地球上行驶其向心力谁提供？要多大？若汽车不断加速，则地面对它的支持力就会变小，汽车速度多大时，支持力会变成零？ 生：通过教师引导，求出第一宇宙速度。 师：这种情景其实已经实现，不过不是在汽车上，而是在航天飞机中．以后我们会一起深入探究这个问题。 接着我们研究汽车通过凹形桥时的情形。在生活中我们很少见到凹形桥，在哪种情形下会有凹形桥？多媒体课件展示。 汽车通过凹形桥最低点时，汽车对桥的压力比汽车的重力大些还是小些． 生：通过对汽车进行受力分析．汽车通过凹形桥最低点时，汽车对桥的压力比汽车的重力大． 师：正是由于凹形桥压力比较大，才能使汽车过桥时的最大摩擦力比较大，不易被泄洪时的水流冲走。 师：刚才同学们分析了汽车在拱形桥最高点的情形，如果汽车不在拱形桥的最高点或最低点，前面的结论还是否能用?如果不能直接运用，又如何来研究这一问题呢? 生：前面的结论能直接运用，不过此时物体的向心加速度不等于物体的实际加速度，即要用上一节研究变速圆周运动的方法来处理．
小结：
[课堂训练] 1．如图6．8—7所示，汽车以一定的速度经过一个圆弧形桥面的顶点时，关于汽车的受力及汽车对桥面的压力情况，以下说法正确的是………( ) A.在竖直方向汽车受到三个力：重力、桥面的支持力和向心力 B.在竖直方向汽车只受两个力：重力和桥面的支持力 C.汽车对桥面的压力小于汽车的重力 D．汽车对桥面的压力大于汽车的重力 2．如图所示，汽车以一定的速度经过拱形桥面的顶点时，关于汽车的受力及汽车对桥面的压力情况，以下说法正确是…( ) A.在竖直方向汽车受到三个力： 重力、桥面的支持力和向心力 B.在竖直方向汽车只受两个力： 重力和桥面的支持力 C.汽车对桥面的压力小于汽车的重力 D．汽车对桥面的压力大于汽车的重力
3.汽车以恒定的速率v通过半径为r的凹型桥面，求汽车在最低点时对桥面的压力是多大？
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学 生 活 动
通过对上节课知识的回顾为本节课新授知识的学习做好知识准备。
观看汽车快速转弯时的视频，认识到快速转弯存在一定的危险性。
在教师引导下受力分析，应用牛顿第二定律列方程分析供求关系。
通过观察认识火车车轮的特殊构造，为认识火车转弯向心力的提供做知识准备。 根据赛车跑到的设计设计铁路轨道。如下
在练习本上独立画出汽车的受力图，认认识桥面压力和汽车重力的关系。
通过对拱形的分析自己分析凹形桥最低点时的重力与压力关系。
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作 业 |
[布置作业] 完成P59“问题与练习”中的题目．
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课后反思 |
本节课是圆周运动的综合运用课，虽然比较贴近实际生活，但学生对此并没有深刻的了解，对圆周运动的感性认识多，理性认识少，不知道如何准确地、全面地分析这一运动现象。 |
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小组评议 |
本节教学设计新颖，准确把握教学重难点，符合新课改思想，充分体现了新课改理念，学生合作探究充分，课堂气氛活跃。但课堂容量大，学生全面掌握理论有一定困难，需课后强化巩固。 教研组长：赵志凌 |
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附件：