資源簡介

6.4生活中的圓周運動的教案
【教學(xué)目標(biāo)】
物理觀念：樹立運動觀念，加深學(xué)生對向心力的認(rèn)識，使其會在實際問題中分析向心力的來源，并進(jìn)行簡單運算。
科學(xué)思維：通過對火車轉(zhuǎn)彎、拱形橋看做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)生分析和解決問題的能力。。
科學(xué)探究：通過火車轉(zhuǎn)彎、拱形橋物理模型的鞏固，體會物理模型在物理學(xué)習(xí)中的重要性。
科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：通過向心力在具體問題中的應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生將物理知識應(yīng)用于生活和生產(chǎn)實踐的意識。
【教學(xué)重難點】
教學(xué)重點
1、知道向心力不是一個特殊的力，能在具體的實例中正確地合成向心力。
2、靈活選用向心力和向心加速度公式求接圓周運動動力學(xué)問題。
教學(xué)難點
向心力、向心加速度公式適應(yīng)變速圓周運動的理解。
【新課導(dǎo)入】
在鐵路彎道處，稍微留意一下，就能發(fā)現(xiàn)內(nèi)、外軌道的高度略有不同。你能解釋其中的原因嗎
【教師提出問題】圓周運動是一種常見的運動形式，在生活中有著廣泛的應(yīng)用，那么生活中的應(yīng)用都有哪些呢？
【新課講解】
火車轉(zhuǎn)彎
火車在彎道上的運動特點
火車在彎道上運動時做圓周運動，因而具有向心加速度，由于其質(zhì)量巨大，需要很大的向心力。如果轉(zhuǎn)彎內(nèi)外軌道一樣高，則由外軌對輪緣的彈力提供向心力，這樣鐵軌和車輪極易受損。
2、向心力的來源分析
在修筑鐵路時，要根據(jù)轉(zhuǎn)彎軌道的半徑和規(guī)定的行駛速度，適當(dāng)調(diào)整內(nèi)、外軌道的高度差，是轉(zhuǎn)彎時所需的向心力完全由重力mg和支持力N的合力提供，從而使內(nèi)、外軌不受輪緣的擠壓。
推證：設(shè)車軌間距為L，兩軌高度差為h，轉(zhuǎn)彎處的半徑為R,行駛的火車質(zhì)量為m兩軌所在平面與水平面的夾角為 ，則由三角形邊角關(guān)系有。
對火車進(jìn)行受力分析有。因為 很小，由三角函數(shù)知識，可認(rèn)為。又由向心力公式可得。
顯然，在g、h、R、L不變的情況下，火車轉(zhuǎn)彎時的車速應(yīng)該是一個確定值，此時，火車轉(zhuǎn)彎向心力完全由重力和支持力的合力提供。
結(jié)論：1、當(dāng)火車轉(zhuǎn)彎速率v等于v0時，，內(nèi)、外軌道對輪緣都沒有側(cè)壓力。
2、當(dāng)火車轉(zhuǎn)彎速率v大于v0時，，外軌道對輪緣有側(cè)壓力。
3、當(dāng)火車轉(zhuǎn)彎速率v小于v0時，，內(nèi)軌道對輪緣有側(cè)壓力。
汽車過拱形橋
展示一些橋的圖片。
問題4：為什么橋不做成平的呢？
汽車過拱形橋
問題5：如圖，車在橋上那個位置時容易塌？
乙，如果車站在乙位置，不會發(fā)生坍塌，那么在甲位置時，肯定也不會坍塌。所以只要我們知道乙位置的最大壓力，那就可以知道整座橋的了。所以我們只研究乙位置的受力情況即可，即橋的最高點。
汽車過拱形橋時的運動也可以看作圖周運動。為此我們先來研究平橋的情況。
①汽車過平橋時，車對橋的壓力怎樣？
受力分析，由二力平衡可知這兩個力等大反向，即壓力等于重力。FN=G
②汽車過凸橋時，在最高點時，車對凸橋的壓力又怎樣？
公路上的拱形橋是常見的，汽車過橋時的運動也可以看做圓周運動。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時對橋的壓力。
鑒于向心加速度的方向是豎直向下的，為此我根據(jù)牛頓第二定律F合=ma，總結(jié)出樣的一個規(guī)律：指向圓心的力-背向圓心的力=向心力
注意：向心力的表達(dá)式主要有兩個和選速度的這個，汽車的速度在這里就可以看成是公式中的線速度了。
移項得
根據(jù)牛三定律，汽車對橋的壓力與橋?qū)ζ嚨闹С至N是一對作用力和反作用力，大小相等。所以壓力的大小為
。
當(dāng)這個行駛速度越大時，由公式看出來FN越小，即汽車對橋的壓力小于汽車所受的重力G,而且汽車的速度越大，汽車對橋的壓力越小。
問題6：當(dāng)汽車以越來越大的速度通過拱形橋的最高點時，會發(fā)生什么現(xiàn)象？
當(dāng)恰好無壓力時，，時，橋面對車無壓力車準(zhǔn)備飛起來。（動圖）
當(dāng)時，汽車已經(jīng)脫離橋面，易發(fā)生危險（動圖）
只有才是安全的。
③汽車過凹橋時，在最低點時，車對凹橋的壓力怎樣？
同樣把這橋看成圓周運動的一部分，在豎直方向?qū)囘M(jìn)行受力分析。應(yīng)該剛才的結(jié)論：
指向圓心的力-背向圓心的力=向心力。有
移項得： ，
根據(jù)牛三定律，汽車對橋的壓力與橋?qū)ζ嚨闹С至N是一對作用力和反作用力，大小相等。所以壓力的大小為
當(dāng)速度增大時，壓力也是跟著增大的。當(dāng)汽車的速度不斷增大時，壓力增加。當(dāng) 壓力過大時，汽車將壓壞路面或爆胎。公路在通過小型水庫泄洪閘的下游時常常要修建凹形路面，也叫“過水路面”。汽車通過凹形路面的最低點時 ,車對地面的壓力比汽車所受的重力大，這樣車就不容易被水沖走了。
小結(jié)：平橋的時候支持力等于重力，根據(jù)牛三定律，汽車對橋面的壓力等于重力。同理拱形橋在最高點的壓力小于重力的，處于失重狀態(tài)。凹形橋處于超重狀態(tài)。
航天器中的失重現(xiàn)象
航天器中的失重現(xiàn)象和離心運動
1．航天器在近地軌道的運動
(1)對航天器，在近地軌道可認(rèn)為地球的萬有引力等于其重力，重力充當(dāng)向心力，滿足的關(guān)系為Mg＝.
(2)對航天員，由重力和座椅的支持力提供向心力，滿足的關(guān)系為mg－FN＝，由以上兩式可得FN＝0，航天員處于完全失重狀態(tài)，對座椅壓力為零．
(3)航天器內(nèi)的任何物體之間均沒有壓力．
2．對失重現(xiàn)象的認(rèn)識
航天器內(nèi)的任何物體都處于完全失重狀態(tài)，但并不是物體不受地球引力．正因為受到地球引力的作用，才使航天器連同其中的乘員做勻速圓周運動．
3．離心運動
(1)定義：物體沿切線飛出或做逐漸遠(yuǎn)離圓心的運動．
(2)原因：向心力突然消失或外力不足以提供所需向心力．
離心運動
離心運動和近心運動
1、離心運動
（1）物體做離心運動的條件：合外力突然消失，或不足以提供所需的向心力。
（2）離心運動：做勻速圓周運動的物體，在所受合外力突然消失或者不足以提供所需的向心力情況下，做逐漸遠(yuǎn)離圓心的運動，這種運動叫做離心運動。
2、近心運動
（1）物體做離心運動的條件：合外力突然增大，或合外力大于所需的向心力。
（2）近心運動：做勻速圓周運動的物體，在所受合外力突然增大或者大于所需的向心力情況下，做逐漸靠近圓心的運動，這種運動叫做近心運動。
【板書】
6.4生活中的圓周運動
1．火車轉(zhuǎn)彎
（1）討論向心力的來源：
（2）外軌高于內(nèi)軌時重力與支持力的合力是使火車轉(zhuǎn)彎的向心力
（3）討論：為什么轉(zhuǎn)彎處的半徑和火車運行速度有條件限制？
2．汽車過拱形橋
（1）思考：汽車過拱形橋時，對橋面的壓力與重力誰大？
（2）圓周運動中的超重。失重情況。
3．航天器中的失重現(xiàn)象
4．離心運動
（1）離心現(xiàn)象的分析與討論。
（2）離心運動的應(yīng)用和防止。

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