人教版高中物理必修2《7.生活中的圆周运动》教学设计

生活中的圆周运动 1.教学目标 知识与技能 能定性分析火车外轨比内轨高的原因 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 知道航天器中的失重现象的本质 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 过程与方法 1）会用牛顿第二定律分析圆周运动 2）进一步领会力与物体的惯性对物体运动状态变化所起的作用 情感态度与价值观 仔细观察生活中的物理现象，发现它们的趣味性，并通过火车脱轨事件感受科学的严谨性与必要性 2.教学重点 巩固向心力和向心加速度的知识 会在具体问题中分析向心力的来源 教学难点 会用牛顿第二定律解决生活中较简单的圆周运动问题 教学过程 导入 我们每天上学放学，穿梭于学校与家门之间，路上总是有来来往往的车辆（图片展示） 这是上海的一座立交桥，桥面很高，小汽车想要达到对岸，先要上引桥，大家可以看到汽车在引桥上可以近似看成做圆周运动。 物体在水平面内做圆周运动的运动与受力情况是怎样的呢？今天我们就来学习———生活中的圆周运动。 （引出标题） 新课讲授 水平面内的圆周运动 1.铁路的弯道 铁路的弯道铁路的直道部分一般都是两边一样高的，而到了弯道，往往内侧轨道要略低于外侧轨道你知道这是为什么吗？ 火车在水平面内做圆周运动，必须要有力来提供向心力，那么什么力来提供呢？ 我们来对火车进行受力分析。火车受到自身的重力G以及铁轨对轮毂的支持力FN，重力和支持力的合力F合可以沿水平方向，指向圆心，半径轨道为r，当火车的速度v恰好达到某一值时，使。这时车轮与轨道间仅有垂直于接触面的挤压，而对内侧、外侧轨道没有向内或向外的挤压。 当火车速度v增大时，其他量保持不变，可由公式得此时向心力Fn增大，外轨对车轮有向内的挤压提供额外的向心力。 速度v减小时，以此类推。 思考：结合所学向心力公式，仔细想想火车过弯时如何避免火车脱轨？ 由，要使合力能够提供向心力，那么向心力Fn必须小于最大合力范围。 即 减小火车过弯时的速度v； 增大铁路的弯道半径r。 2.汽车过弯 与火车过弯类似，在水平的马路上过弯，汽车所需的向心力是由车轮与路面间的静摩擦力提供的。 小练习： 小汽车经过弯道时可视为圆周运动，已知小汽车的质量为2000kg，轮胎与路面间最大静摩擦为1.4×104N，弯路的半径为63m，如果车速达到72km/h，这辆车会不会发生侧滑？ 解法1：求最大车速 最大车速v=21m/s 实际车速v’=72km/h=20m/s v>v’，所以不会发生侧滑 解法2：求实际的向心力 所以不会发生侧滑 游乐场里有过山车，有的时候过山车会带着人在竖直平面内做圆周运动。人会体验到一种脚在上而头朝下的一种刺激。你会不会担心口袋里的钱亦或者整个人掉下来呢？ 竖直平面内的圆周运动 小汽车过拱形桥 拱形桥可视为一段圆弧，汽车在拱形桥上的运动可视为圆周运动。 我们来研究小汽车过最高点时的受力情况？ 不考虑小汽车在切向方向受牵引力和摩擦力。 小汽车此时受重力G，以及支持力FN。两个力的合力是指向圆心的，即 若m，v，R已知，则我们能够求出桥面对小汽车的支持力FN 由牛顿第三定律可得，桥对车的FN和车对桥的压力FN’是作用力与反作用力。FN=FN’ 小练习： 有一辆质量为800kg的小汽车驶上圆弧半径为40m的拱桥。 （1）汽车到达桥顶时的速度为5m/s，汽车对桥的压力是多大？ （2）汽车以多大速度经过桥顶时恰好对桥没有压力而腾空？ 解：1）G=mg=8000N 支持力FN=G-F合=7500N 压力FN=FN’=7500N 无压力FN’=0，即FN=0 G=Fn 观察图片，思考：你知道为什么飞行员杯子里的水不会洒出来吗？（可现场演示） 板书设计 水平面内的圆周运动 铁路的弯道 汽车过弯 竖直平面内的圆周运动 拱形桥 ... ...