資源簡介

教學設計
課程基本信息
學科 物理 年級 高一 學期 秋季
課題 生活中的圓周運動
教學目標
1. 能運用供需平衡分析和處理生活中的圓周運動實例。 2. 知道離心運動及其產生條件，了解離心運動的應用與防止。
教學內容
教學重點： 1.具體問題中能分析向心力來源。
2.理解離心運動的條件。
教學難點： 1.從供需平衡對具體圓周運動進行分析。
教學過程
【回顧舊知】 從第二節的案例“游樂場中的空中飛椅”復習解決勻速圓周運動的解題思路：從供需平衡列式。 強調生活中圓周運動的多樣性：可以是非勻速，可以是圓弧。繼續從供需兩方面研究其他圓周運動的物體。 【新課教學】 一、火車轉彎 師：在轉彎時火車實際在做圓周運動，但轉彎處又是火車出事故的多發地。 播放視頻：新聞播報西班牙脫軌事故監考與錄音 指出造成故的原因是超速過彎道，提問：火車轉彎多少速度是合理的？展示火車車輪的構造 學生討論探究：火車轉彎的特點并進行受力分析確定向心力。指出此情況下的缺點。. 師：（設疑引申）那么應該如何解決這一實際問題？觀察一下真實鐵路轉彎，仔細觀察可以發現其實鐵軌不是一樣高。這樣能否減小脫軌風險？ [演示實驗]“彈珠飛車”模型現象：調整內外軌道水平時，彈珠容易脫軌；外軌高于內軌道時，彈珠不脫軌。請同學思考原因，畫出受力圖，加以定性說明. 課件展示：火車受的重力和支持力的合力提供向心力，對內外軌都無擠壓，這樣就達到了保護鐵軌的目的.強調說明：向心力是水平的. 師：請同學們運用剛才的分析進一步討論：實際的鐵路上如果超速過彎或者慢速過彎，會受到什么力？ [交流與討論] 學生結合受力圖發表自己的見解，讓學生代表畫受力圖，進行定性分析；如果過彎速度過小，，輪緣會受到內軌向外的擠壓力，使指向圓心的合外力變小，重新滿足供需平衡；如果過彎速度過大，則需要的向心力變大，輪緣會受到外軌向內的擠壓力。使指向圓心的合外力變大，重新滿足供需平衡。 換到水平面上汽車轉彎，受力分析，汽車受到重力、支持力、和指向圓心的靜摩擦力。向心力由靜摩擦力提供。類比火車軌道，把轉彎處的道路修成外高內低，再次滿足供需平衡 觀看視頻布里斯托賽道上的賽車，總結高速轉彎處和自行車道，路面都是傾斜的 師：是否能找到第二種方法，不改變軌道的前提下使火車既能提速過彎道又保證安全？ [交流與討論] 學生提出各種方案，發表見解。 結合摩托賽車過彎道側向擺動，也可設計轉彎時會側向擺動的擺式列車，可高速駛過彎曲路段。觀看“擺式列車”視頻 二、汽車過橋 結合“駝峰橋”、“路面低洼”和“路面不平”三種生活中的路況，理解拱形橋和凹型橋模型，回憶生活中過橋的失重和超重感。要求學生分析原因 學生獨立推導兩種強開的受力圖，推出汽車對橋面的壓力，學生代表發言，總結： 從供需平衡角度分析：凹型橋最低點，小車受到向下的重力的向上的支持力，合外力指向上方提供向心力。可計算出小車受到的支持力大小為mg+mv2/r，由牛頓第三定律得所求壓力是其相互作用力，大小相同。壓力大于重力，所以是超重。 拱形橋最高點小車受力分析相同，但合外力指向下方提供向心力，小車受到的支持力是mg-mv2/r，（通過牛頓第三定律得到壓力大小小于重力，所以是失重。 師：當速度過大時，只由重力提供向心力，會做平拋運動（觀看上方超車視頻） [演示實驗】展示凹型橋模型的超重實驗，強調生活中較多拱形橋，是因為過凹型橋汽車易爆胎。 三、航天器中的失重現象 師：從剛才研究可以看出，汽車通過拱形橋頂點，車速到達一定大小會平拋。我們再把視角放得更遠，如果把地球看成一個巨大的拱橋，速度大到一定程度時，會發生什么？ 學生獨立分析，畫出受力分析圖嘗試解答課本問題 投影學生推導過程，引導學生交流討論 引導總結：當壓力為0時，僅有重力作為向心力，地面對汽車的支持力也為0，這里描述的場景其實已經實現了，只不過不在汽車上，而是在航天器中。 對航天員進行受力分析，受到地球引力mg，方向指向地心。座艙對他的支持力，方向背離地心，兩個力的合力指向軌跡圓心作為向心力，此時座艙對航天員的支持力為0，航天員處于完全失重狀態。 思考問題：航天器里的完全失重時離地球太遠了，擺脫了地球引力，這種說法對嗎？ 學生討論，發表意見，引導解答：失重并不是離地球太遠，擺脫了地球引力。相反正由于地球引力存在，才使得航天員可能做環繞地球的圓周運動。 四、離心運動 師：我們已經從供需平衡角度，研究學習了火車轉彎、汽車過橋和航天器中的失重現象。那如果供需關系不平衡會怎樣呢？在“彈珠飛車”實驗中我們曾觀察到，做圓周運動的物體如果突然受力變化，飛出軌道，供需不平衡。由于慣性，總有沿著切線方向飛出去的傾向。 [模型討論]：繩拴小球在水平面上做勻速圓周運動時，小球所需向心力由形變的繩產生的彈力提供。若m、r、ω一定，向心力F=mω2r。思考：若突然松手，小球將怎樣運動？若繩的拉力F小于它做圓周運動所需的向心力，小球將怎樣運動？ 觀看演示實驗，回答問題：1.小球會沿著切線方向飛出。2.小球不會沿著切線飛去，也會逐漸遠離圓心。 學習圓周運動概念：是做圓周運動的物體，在所受合外力突然消失或不足以提供圓周運動所需向心力時，就做逐漸遠離圓心的運動。 帶領同學從從供需關系分析小球運動情況： 提供的力等于所需向心力，做圓周運動。 提供的力消失變為0，沿著切線方向離開。 提供的力小于所需向心力，做離心運動。 提供的力大于所需向心力，做近心運動。 介紹生活中的離心運動應用：雨傘旋轉雨滴甩出、拋擲鉛球、甩干衣服、離心機。并強調；離心運動有時也會帶來危害。高速轉動的砂輪不能超過允許的最大轉速；水平公路上行駛的汽車轉彎速度過大，所需向心力很大，大于最大靜摩擦力，汽車將做離心運動而造成事故。觀看雪地過彎的離心運動視頻。 【課堂例題】 例題：如圖所示是摩托車比賽轉彎時的情形,轉彎處路面常是外高內低,摩托車轉彎有一個最大安全速度,若超過此速度,摩托車將發生滑動.對于摩托車滑動的問題,下列論述正確的是(B ) A.摩托車一直受到沿半徑方向向內的向心力作用 B.摩托車所受外力的合力小于所需的向心力 C.摩托車將沿其線速度的方向沿直線滑去 D.摩托車將沿其半徑方向沿直線滑去 【課堂總結】 本節課從供需平衡角度，學習了為了減少火車轉彎時與鐵軌之間的壓力，采用抬高外軌的方式。汽車過橋在最高點和最低點時，會出現超重或失重現象以及航天器中的失重現象。從供需不平衡的角度，學習了離心運動的概念，離心運動的應用和防止 【課后作業】 課后練習，課本的“聯系與應用”

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