高中人教版 (2019)4 生活中的圆周运动教案设计

这是一份高中人教版 (2019)4 生活中的圆周运动教案设计，共8页。教案主要包含了导入新课，讲授新课，航天器中的失重现象，离心运动等内容，欢迎下载使用。

（一）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．
（二）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、通过对离心现象的实例分析，提高学生综合应用知识解决问题的能力．
（三）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、通过离心运动的应用和防止的实例分析．使学生明白事物都是一分为二的，要学会用一分为二的观点来看待问题．
3、养成良好的思维表述习惯和科学的价值观．
教学重难点：
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．
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．
教学过程：
一、导入新课：
在铁路弯道处，稍微留意一下，就能发现内、外轨道的高度略有不同。你能解释其中的原因吗？
二、讲授新课：
1、火车转弯
火车车轮的构造
火车的车轮有突出的轮缘，火车在铁轨上运行时，车轮与铁轨有水平与竖直两个接触面，这种结构特点，主要是避免火车运行时脱轨。
(1)内外轨道一样高时转弯
θ很小时,sinθ≈tanθ
(2) 外轨高内轨低时转弯

此为火车转弯时的设计速度
思考:
(1)如果v行驶>v设计,情况如何?
(2)如果v行驶当v=v0时：
轮缘不受侧向压力,最安全的转弯速度。
当v>v0时：
有离心运动趋势，轮缘受到外轨向内的挤压力, 外轨易损坏。
铁路弯道处超速是火车脱轨和翻车的主要原因
当v有向心运动趋势，轮缘受到内轨向外的挤压力, 内轨易损坏。
思考与讨论
高速公路转弯处和场地自行车比赛的赛道，路面往往有一定的倾斜度。说说这样设计的原因。
高速公路转弯处和场地自行车比赛的赛道转弯处设计成外高内低，也是尽量使车受到的重力和支持力的合力提供向心力，以减小车轮与路面之间的横向摩擦力。
2、汽车过拱桥
(1)汽车过拱形桥时的运动也可以看作圆周运动。质量为m 的汽车以恒定的速率v通过半径为r的拱桥,如图所示,求汽车在桥顶时对路面的压力是多大?
【解】mg和FN 的合力提供汽车做圆周运动的向心力，由牛顿第二定律得：
可见汽车的速度越大对桥的压力越小。
当 v= 时汽车对桥的压力为零。（临界速度）
由于加速度a竖直向下，属失重现象。
当ｖ大于ｖ临界时，汽车做什么运动？
飞离桥面做平抛运动！
(2)公路在通过小型水库泄洪闸的下游时常常要修建凹形路面，也叫“过水路面”。汽车通过凹形路面的最低点时，求车对地面的压力？
【解】G 和N 的合力提供汽车做圆周运动的向心力，由牛顿第二定律得：
可见汽车的速度v越大，对桥的压力越大。
由于加速度a的方向竖直向上，属超重现象。
（3）比较三种桥面受力的情况
【思考与讨论】
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？……
这里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．
3、航天器中的失重现象
我们以绕地球做匀速圆周运动的宇宙飞船为例作些说明。当飞船距地面高度为100-200km时，它的轨道半径近似等于地球半径R，航天员受到的地球引力近似等于他们在地面上的重力mg．
除了地球引力外，航天员还可能受到飞船座舱对他的支持力FN 。引力与支持力的合力为他提供了绕地球做匀速圆周运动所需的向心力，即
当 时，座舱对
航天员的支持FN＝0 ，航天员处于完全失重.
4、离心运动
1）定义：做匀速圆周运动的物体，在所受合力突然消失，或者不足以提供圆周运动所需的向心力时，做逐渐远离圆心的运动，这种运动叫做离心运动.
2）条件：0 ≤F合＜mω2r
(1)当 F＝mω2r 时，物体做匀速圆周运动；
(2) 当 F＝0 时，物体沿切线方向飞出；
(3) 当 F＜mω2r 时，物体逐渐远离圆心；
(4) 当 F＞mω2r 时，物体逐渐靠近圆心。
理解：
（1）物体做离心运动，并不是受到“离心力”作用，更不是“离心力”大于向心力，而是外界提供的向心力不足或突然消失。
（2）离心运动不是沿着半径背离圆心的运动，而是沿着切线或曲线离心的运动。
3）离心运动的应用
4）离心运动的防止

在水平公路上行驶的汽车，转弯时所需的向心力是由车轮与路面的静摩擦力提供的。如果转弯时速度过大，所需向心力Fn大于最大静摩擦力Fmax （Fmax不足以提供向心力），汽车将做离心运动而造成交通事故.因此，在公路弯道处，车辆行驶不允许超过规定的速度.
为什么转动的砂轮、飞轮等都要限速？

高速转动的砂轮、飞轮等，都不得超过允许的最大转速。转速过高时，砂轮、飞轮内部分子间的相互作用力不足以提供所需向心力，离心运动会使它们破裂，酿成事故.
练习：见ppt
【板书设计】
6.4 生活中的圆周运动
一、火车转弯
1．内外轨道一样高时转弯
2．外轨高内轨低时转弯
二、汽车过拱桥
1．汽车过拱形桥时，对桥面的压力
2．汽车过凹形桥时，对桥面的压力
3．比较三种桥面受力的情况
三、航天器中的失重现象
四、离心运动
1．离心现象的分析与讨论．
(1)当 F＝mω2r 时，物体做匀速圆周运动；
(2) 当 F＝0 时，物体沿切线方向飞出；
(3) 当 F＜mω2r 时，物体逐渐远离圆心；
(4) 当 F＞mω2r 时，物体逐渐靠近圆心。
2．离心运动的应用和防止．
【教学反思】