《生活中的圆周运动》说课课件

5.7生活中的圆周运动(说课）一、学情分析：•学生已经学习了匀速圆周运动、向心力、向心加速度的概念，已经对圆周运动有了比较清晰的认识，但学生对于向心力来源，涉及向心力的有关计算，还比较模糊，这样就不能进行知识迁移和解决实际问题。而解决实际问题的能力，学生还是比较欠缺的。二、教材分析•1、本课是必修2第五章的第7节，也是这一章的最后一节。这一节是本章关于圆周运动的总结，相对于下一章的万能有引力与航天，起到承上启下的作用。•2、教材的内容涉及多种生活中的实际问题，容量较大，根据教材并结合教学实际，可将问题分为定性和定量分析3、教学目标•1.能定性分析火车转弯外轨比内轨高的原因。•2.能定量分析汽车过拱形桥最高点和凹形桥最低点的压力问题。•3.知道航天器中的失重现象的本质。•4.知道离心运动及其产生的条件，了解离心运动的应用和防止。•5.会用牛顿第二定律分析圆周运动。（1）知识与技能（2）过程与方法：•通过受力分析，并联系圆周运动推出修铁路和公路时在转弯处为何外侧高，航天器航天员为何处于失重状态，让学生明白进行科学的推理与计算也是解决实际问题的重要方法，另外，联系在生活中观察的现象，结合物理学进行思考也是获取物理知识的过程。（3）情感、态度和价值观：•通过一些交通事故的解释，使学生明，作为建筑施工工程师的重大责任，严谨科学态度的重要性，使学生建立学习物理的责任感和自豪感。4、重、难点•（1）火车车轮轮缘的作用•（2）汽车过拱桥临界问题•（3）航天器中失重的解释•（4）汽车转弯离心运动的解释三、教法和学法•教法：教师引导学生讨论、探究，在关键处给予点拨，让学生亲自动笔、推导并表述；•学法：推导、探究、讨论，发表意见；•为了更好的处理教材中的材料，我采用以下教学思路：•1、以圆周运动的动力学本质为主线，区分出圆周运动和离心运动两个内容，其中第一部分为主干•2、定性分析与定量分析相结合的实例教学，突出对生活中实际问题的科学解释和优化方案提出。四、教学过程•引题•讲一个真实报到：湖南长沙市天心区与湘府西路与书院南路交叉中处，四个月内连续发生11起车祸，其间，有关部门在540米内设立两个黄灯、5个橡胶减速带、5个警示标志，并限速10Km/h，但车祸还是继续发生，车总是撞到路对面的房子上，害得这家的人不敢在临街的屋子里住。最后一次一辆大卡车将这家的房子撞塌，并将一个女大学生撞死。有记者去采访大学物理系的教授才弄清了是怎么回事，并不是先前有人说的是风水问题。•实际上，只需采访一下我们班的同学即可，前提是要认真学习本节的知识——生活中的圆周运动思考：•在平直轨道上匀速行驶的火车，火车受几个力作用？这几个力的关系如何？那火车转弯时情况会有何不同呢？•火车转弯时是在做圆周运动，那么是什么力提供向心力？实例一、铁路的弯道车轮的构造火车车轮有突出的轮缘铁路的弯道——内外轨道一样高GN2vFFmr向心力外轨对轮缘的弹力提供向心力.靠这种办法得到的向心力缺点是什么？如何解决这一实际问题？F【最佳方案】外轨略高于内轨GFNF合α【方案剖析】nFF合Rvmmg2tan火车转弯规定临界速度:tanvgR临界解析：重力G与支持力FN的合力F合是使火车转弯的向心力•【研究与讨论】如果火车在转弯处的速度不等于规定速度，会发生怎样情况？讨论：1.当,F提合力不足以提供向心力外轨对轮缘有挤压；2.当,=F提合力恰好等于向心力内外轨对轮缘都无挤压3.当,F提合力大于向心力，内轨对轮缘有挤压tanvgRnFnFnFtanvgRtanvgR火车行驶速率vv规定当火车行驶速率vv规定时当火车行驶速率vv规定时GNN′火车行驶速率vv规定GNN′外轨对轮缘有侧压力内轨对轮缘有侧压力注意1、火车转弯时向心力是水平的．从这个例子我们进一步知道：2、向心力是按效果命名的力，如果认为做匀速圆周运动的物体除了受到另外物体的作用，还要再受到一个向心力，那就不对了。F合=mgtanθ=Fn汽车赛道转弯处是外高内低（并且超车道比主车道更加倾斜）汽车在倾斜路面上转弯靠合力提供向心力GFn1．如图3-4-2所示，公路路面的倾斜角为θ，设弯道路段的半径为R，重力加速度为)g，要保证安全，汽车在弯道路段的行驶速度应满足(A．v＝gRtanθB．V＝gR2tanθC．V≤D．V≤图3-4-2gRtanθgRsinθ公路上的拱形桥是常见的，汽车过桥时，也可以看做圆周运动。那么是什么力提供汽车的向心力呢？思考：实例二、拱形桥二、汽车过桥123汽车通过桥最高点时，车对桥的压力以“凸形桥”为例分析：1、分析汽车的受力情况2、找圆心3、确定F合即F向心力的方向。4、列方程NG·F合=G-NFF合向心力2vGNmR2vNGmR2'vNNGmR压力思考：汽车在拱形桥顶端的速度不同，桥对车的支持力也不同，有什么不同呢？向心力的计算【例】如图3-4-1所示，汽车质量为1.0×103kg，以5m/s的速率通过拱形桥的最高点，拱桥的半径为10m，g取10m/s2，此时汽车对拱形桥的压力大小为图3-4-1A．1.0×103NB．2.0×103NC．7.5×103ND．5.0×103N若速度为10m/s呢?汽车在拱形桥最高点运动时，存在临界速度。即当时，有则临界速度为0FN20vmgmR0vgR拓展凹形桥下面自己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些还是小些?•学生分析汽车通过最底点时车对桥(过水路面)的压力2vNGmr模拟实验图9)。汽车对桥面的压力超重失重状态最高点最低点2vNGmGr2vNGmGr小结：地球可以看做一个巨大的拱形桥，桥面的半径就是地球的半径。会不会出现这样的情况：速度大到一定程度时，地面对车的支持力是零？这时驾驶员与座椅之间的压力是多少？……思考与讨论该“思考与讨论”中描述的情景其实已经实现，不过不是在汽车上，而是在航天飞机中．汽车速度增大v思维拓展分析假设宇宙飞船总质量为M，它在地球表面附近绕地球做匀速圆周运动,速率为V，其轨道半径近似等于地球半径R，航天员质量为m，宇宙飞船和航天员受到的地球引力近似等于他们在地面上的重力．试求座舱对宇航员的支持力．通过求解你可以得出什么结论?三、航天器中的失重现象一宇宙飞船绕地球做匀速圆周运动，距地面一二百千米时，它的轨道半径近似等于地球半径，航天员受到地球引力近似等于重力22()NNvmgFmRvFmgRvgR船舱对航天员的支持力为零，航天员处于失重状态。F=rvm2提供物体做圆周运动的向心力物体做圆周运动所需要的向心力当“供”“需”平衡时，物体做圆周运动想一想：当“供”“需”不平衡时，物体将如何运动呢？观察1、定义：当向心力突然消失或者指向圆心的合力不足时，物体做逐渐远离圆心的运动，叫做离心运动。实例四、离心运动离心抛掷离心脱水离心分离离心甩干2、离心运动的应用与防止离心运动的应用(单选)下列预防措施中，与离心现象无关的是()BA．砂轮的外侧加防护罩B．厢式电梯张贴限载标识C．火车拐弯处设置限速标志D．投掷链球的区域加防护网(单选)一个做匀速圆周运动的物体，当F合突然小于mrω2时()CA．沿切线方向做匀速直线运动飞出B．将做靠近圆心的曲线运动C．将做远离圆心的曲线运动D．将做平抛运动解析：做匀速圆周运动的物体，当合外力突然小于向心力时，物体将做离心运动．•引题•讲一个真实报到：湖南长沙市天心区与湘府西路与书院南路交叉中处，四个月内连续发生11起车祸，其间，有关部门在540米内设立两个黄灯、5个橡胶减速带、5个警示标志，并限速10Km/h，但车祸还是继续发生，车总是撞到路对面的房子上，害得这家的人不敢在临街的屋子里住。最后一次一辆大卡车将这家的房子撞塌，并将一个女大学生撞死。有记者去采访大学物理系的教授才弄清了是怎么回事，并不是先前有人说的是风水问题。回顾引例一、铁路的弯道1．外轨高于内轨时重力与支持力的合力是使火车转弯的向心力2．讨论：为什么转弯处的半径和火车运行速度有条件限制?二、拱形桥1．思考：汽车过拱形桥时，对桥面的压力与重力谁大?2．竖直面内圆周运动中的超重、失重情况．三、航天器中的失重现象万有引力提供向心力，支持力为零，完全失重四、离心运动1．离心现象的分析与讨论．2．离心运动的应用和防止．小结通过本节课的学习我们知道：板书设计=nnFFma合供需圆周运动离心运动nnFFma合供需1、火车转弯2tanvmgmR0tanvgR临界速度2、拱桥（最高点）2NvmgFmR3、凹桥（最低点）2NvFmgmR2NvFmgmR（失重）0vgRNF=0时，临界速度4、航天器中失重现象万有引力提供向心力离心运动的应用和防止2+NvFmgmR（超重）