資源簡介

6.4生活中的圓周運(yùn)動（教學(xué)設(shè)計(jì)）
【教材分析】
（一）教材分析
《課程標(biāo)準(zhǔn)》要求學(xué)生能用牛頓第二定律分析勻速圓周運(yùn)動的向心力。這就要求學(xué)生首先要知道什么是向心力，明確向心力與向心加速度的關(guān)系，然后應(yīng)用牛頓第二定律布列方程。本課內(nèi)容是圓周運(yùn)動有關(guān)知識的綜合應(yīng)用，是牛頓第二定律的重要應(yīng)用之一，學(xué)習(xí)它有助于了解物理學(xué)的特點(diǎn)和研究方法，體會物理學(xué)在生活中的應(yīng)用以及對社會發(fā)展的影響，同時(shí)也為后續(xù)知識的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。
【學(xué)情分析】
（一）學(xué)情分析
本節(jié)是圓運(yùn)動的應(yīng)用課，內(nèi)容豐富，教材中每個(gè)例子的選擇都各有特長，很有代表性：鐵路的彎道是分析水平面上的勻速圓周運(yùn)動；拱形橋和凹形橋是分析豎直面上的非勻速圓周運(yùn)動；航天器中的失重現(xiàn)象研究失重問題；離心運(yùn)動則研究向心力不足時(shí)物體的運(yùn)動趨勢。
為了教好的落實(shí)三維目標(biāo)，首先通過視頻播放學(xué)生熟悉的生活示例，設(shè)疑學(xué)生思考，激發(fā)學(xué)生的求知欲，通過師生互活動探究、講授、討論教科書中的這幾個(gè)實(shí)例，抓住先分析物體所受的力，分析向心力的來源，然后用牛頓第二定律列出方程、解方程的基本思想，使知識、技能、方法得以落實(shí)掌握。如何正確認(rèn)識向心力的來源是教學(xué)中的重點(diǎn)與難點(diǎn)、教學(xué)中注意通過多分析實(shí)例使學(xué)生獲得正確認(rèn)識。討論分析離心現(xiàn)象發(fā)生的條件和離心運(yùn)動的定義，從生產(chǎn)、生活的實(shí)際問題中說明離心運(yùn)動的應(yīng)用和危害，充分體現(xiàn)了學(xué)以致用的思想。例題選取課題引入的水流星、棉花糖制作機(jī)的實(shí)事例為背景，鞏固知識、提升能力同時(shí)也起到了前后呼應(yīng)的效果。通過布置學(xué)生觀察并思考的活動與探究課外作業(yè)，培養(yǎng)學(xué)生的探究意識，激發(fā)創(chuàng)新精神。
【教學(xué)目標(biāo)】
（一）教學(xué)目標(biāo)
物理觀念：樹立運(yùn)動觀念，加深學(xué)生對向心力的認(rèn)識，使其會在實(shí)際問題中分析向心力的來源，并進(jìn)行簡單運(yùn)算。
科學(xué)思維：通過對火車轉(zhuǎn)彎、拱形橋看做勻速圓周運(yùn)動的實(shí)例分析，滲透理論聯(lián)系實(shí)際的觀點(diǎn)，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(shí)踐的意識。
【教學(xué)重難點(diǎn)】
（一）教學(xué)重難點(diǎn)
教學(xué)重點(diǎn)
1、知道向心力不是一個(gè)特殊的力，能在具體的實(shí)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(yùn)動動力學(xué)問題。
教學(xué)難點(diǎn)
向心力、向心加速度公式適應(yīng)變速圓周運(yùn)動的理解。
【新課導(dǎo)入】
（一）新課導(dǎo)入
新課引入：
師：觀看視頻：一段刺激的賽車事故錄象；
師：誰能說說，賽車在什么地方最容易發(fā)生事故？
生：轉(zhuǎn)彎時(shí)；在上坡和下坡時(shí)也容易發(fā)生事故。
師：大家的觀察很仔細(xì)，為了研究的需要，我們先把車在這兩處的運(yùn)動情況，用示意圖的形式顯示出來吧。
師生互動：在黑板上畫出示意圖，找到共同點(diǎn)：賽車原來的運(yùn)動可看做圓周，突然都偏離了原有的軌道，做遠(yuǎn)離圓心的運(yùn)動！
師：生活中，你們見過其他的離心運(yùn)動嗎？
生1：鏈球運(yùn)動員投擲鏈球時(shí)鏈球做離心運(yùn)動。
師：（拿出課前準(zhǔn)備的塑料球）找學(xué)生演示鏈球做離心運(yùn)動實(shí)驗(yàn)，觀察離心運(yùn)動。
師：誰還能舉出離心運(yùn)動的例子？
生2：運(yùn)動員在扔鐵餅時(shí)，鐵餅做離心運(yùn)動。
師：其實(shí)，不僅體育運(yùn)動中有離心運(yùn)動，生活和生產(chǎn)中還有很多離心運(yùn)動的實(shí)例。視頻展示生產(chǎn)中的離心運(yùn)動實(shí)例。為什么原來做圓周運(yùn)動的物體，它突然會做離心運(yùn)動呢
今天，我們就來研究生活中的圓周運(yùn)動問題
【新課講解】
汽車過拱形橋
火車轉(zhuǎn)彎
前面我么學(xué)習(xí)的一般的曲線運(yùn)動，彎曲的路徑部分可以看成圓的一部分，然后利用圓周運(yùn)動的知識解釋就好了。火車轉(zhuǎn)彎時(shí)候，這部分彎道的鐵軌是可以看成圓的一部分因而具有向心加速度。
問題1：是什么力使它產(chǎn)生向心加速度？
觀察火車的車輪，發(fā)現(xiàn)汽車輪胎不同的是, 火車的車輪上有突出的輪緣。在火車行進(jìn)過程中，兩條鐵軌擠壓輪緣，這樣就能保持火車在軌道上行駛。下面我們分類討論。
①如果鐵路彎道的內(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。外軌發(fā)生彈性形變，外軌對輪緣產(chǎn)生一個(gè)向里的水平的彈力。對火車進(jìn)行受力分析，重力、支持力以及彈力。觀察發(fā)現(xiàn)重力支持力相互抵消（水平方向的不考慮），那么彈力是火車轉(zhuǎn)彎所需向心力的主要來源。即
問題2：外軌對輪緣的水平彈力提供火車轉(zhuǎn)彎時(shí)的這種方法在實(shí)際中可取嗎？為什么？
火車質(zhì)量太大，擠壓鐵軌，鐵軌和車輪損壞快，這是不經(jīng)濟(jì)的。而且靠這種辦法得到向心力，將會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。
問題3：實(shí)際中的彎道是如何設(shè)計(jì)的？為什么要這樣設(shè)計(jì)？
②如果在彎道使外軌略高于內(nèi)軌。
在拐彎的地方對齊進(jìn)行受力分析，重力支持力和輪緣的彈力，我們發(fā)現(xiàn)鐵軌對火車的支持力的方向不再是豎直的，而是斜向彎道的內(nèi)側(cè)，與重力不再是等大反向。用平行四邊形求合力，發(fā)現(xiàn)它與重力G的合力指向圓心，大小是
F合＝mgtanθ
正是這個(gè)力為火車轉(zhuǎn)彎提供了部分向心力，因?yàn)閺椓σ矔峁┮徊糠帧?br/>這就減輕了輪緣與外軌間的擠壓。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)外軌的髙度差，主要是調(diào)整好這個(gè)角度θ，使轉(zhuǎn)彎時(shí)所需的向心力兒乎完全由重力G和支持力琮的合力來提供。
思考與討論
高速公路轉(zhuǎn)彎處和場地自行車比賽的賽道，路面往往有一定的傾斜度說說這樣設(shè)計(jì)的原因。
展示動圖，受力分析。汽車在這個(gè)斜面上受到豎直向下的重力和垂直斜面的向上的支持力，它們的合力提供汽車轉(zhuǎn)彎所需的部分向心力。同理自行車轉(zhuǎn)彎的時(shí)候，為什么我們都要側(cè)著身體呢？受力分析后發(fā)現(xiàn)與火車很像。都是為了讓支持力與重力的合力來提供向心力，這樣可以保護(hù)路面和汽車。
生活的例子天上飛的例子。發(fā)現(xiàn)飛機(jī)轉(zhuǎn)彎也是要側(cè)著身子的，為什么呢？
小結(jié)：為了讓支持力與重力的合力來提供向心力。
從這些例子我們再一次看出，向心力是按效果命名的力，任何一個(gè)力或幾個(gè)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。如果認(rèn)為做勻速圓周運(yùn)動的物體除了受到另外物體的作用，還要再受一個(gè)向心力，那就不對了。
【板書】
（一）板書
【課后反思】
（一）課后反思
這樣的設(shè)計(jì)能使學(xué)生利用物理知識發(fā)現(xiàn)問題，然后再利用物理知識解決問題，理論聯(lián)系實(shí)際，使學(xué)生對知識易于接受，同時(shí)提高了學(xué)生分析問題、解決問題的能力。
本節(jié)課也有一些地方?jīng)]有能夠講清楚，主要是火車拐彎時(shí)水平方向的牽引力和摩擦力的問題，還有就是拐彎時(shí)輪緣受到的彈力變化，彈力的方向是否就是指向圓周運(yùn)動的圓心？

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