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2019-2020年高中物理 5.5勻速圓周運動的實例分析教案（2） 新人教版必修2 　　一、素質教育目標 　?。ㄒ唬┲R教學點 　　1．會在具體問題中分析向心力的來源，明確向心力是按效果命名的力． 　　2．掌握應用牛頓運動定律解決勻速圓周運動問題的一般方法，會處理水平面、豎直面的問題． 　　3．知道向心力，向心加速度的公式也適應變速圓周運動，理解如何使用． 　?。ǘ┠芰τ柧汓c 　　1．具體問題具體分析，理論聯(lián)系實際，提高分析和解決問題的能力． 　　2．注意統(tǒng)一性和特殊性，注意一般方法和特殊方法，提高綜合分析的能力． 　?。ㄈ┑掠凉B透點 　　學習的目的是為了應用，科學技術是第一生產(chǎn)力． 　?。ㄋ模┟烙凉B透點 　　通過實際演練，使學生在鞏固知識的同時，領略到將理論應用于實際解決問題而帶來的成功的娛樂． 　　二、學法引導 　　學生自學教材，在例題分析時采用師生共同討論的教學方式． 　　三、重點難點疑點及解決辦法 　　1．重點 　　（1）理解向心力是按效果命名的力． 　?。?）會在具體問題中分析向心力，綜合運用牛頓定律分析解決問題． 　　2．難點 　　（1）具體問題具體分析，理論聯(lián)系實際． 　?。?）臨界問題的分析和討論． 　　3．疑點 　?。?）火車轉彎中的力學問題． 　　（2）汽車過橋中的力學問題． 　　4．解決辦法 　　抓住典型問題，講透講深，再舉一反三． 　　四、課時安排 　　1課時 　　五、教具學具準備 　　課件1：火車轉彎中的力學問題． 　　課件2：汽車過橋中的力學問題． 　　多媒體設備 　　六、師生互動活動設計 　　1．教師利用多媒體課件展示物理情景，在分析時點撥關鍵之處． 　　2．學生通過自學、觀察來討論分析實際問題與書本知識的聯(lián)系，找出解決辦法． 　　七、教學步驟 　　（一）明確目標 　?。裕? 　?。ǘ┱w感知 　　這一節(jié)課結合兩個實際例子進行分析．要充分發(fā)揮教師的主導作用和學生的主導作用，師生共同討論，拓展知識． 　　（三）重點、難點的學習與目標完成過程 　　復習提問： 　　勻速圓周運動的物體受到向心力．向心力是怎樣產(chǎn)生的？ 　　用已熟悉的例子說明： 　?。?）繩拉物體做勻速圓周運動，繩的拉力提供向心力． 　?。?）物體隨水平圓盤做勻速周圍運動，靜摩擦力提供向心力． 　　小結：向心力是由物體實際受到的一個力或幾個力的合力提供的；向心力是按作用效果命名的力． 　　我們從分析向心力角度進一步研究幾個實例： 　　1．火車轉彎 　　學生閱讀課本 　　演示課件1（可隨提問討論展開） 　　提問討論： 　?。?）火車勻速直線運動和勻速轉彎是否同種狀態(tài)？ 　　不是，火車勻速直線運動時合外力為零，火車勻速轉變時受向心力，合外力不為零． 　?。?）火車轉彎時所需的向心力如何產(chǎn)生？分兩種情況討論：內(nèi)外軌一樣高；外軌比內(nèi)軌高． 　　當內(nèi)外軌一樣高時，鐵軌對火車豎直向上的支持力和火車重力平衡向心力由鐵軌外軌的輪緣的水平彈力產(chǎn)生．這種情況下鐵軌容易損壞．輪緣也容易損壞 　　當外軌比內(nèi)軌高時，鐵軌對火車的支持力不再是豎直向上，和重力的合力可以提供向心力，可以減輕軌和輪緣的格壓． 　　最佳情況是向心力恰好由支持力和重力的合力提供，鐵軌的內(nèi)、外軌均不受到側向擠壓的力． 　　定量分析火車轉彎的最佳情況． 　　①受力分析：如圖5－14所示火車受到的支持力和重力的合力的水平指向圓心，成為使火車拐彎的向心力． 圖5－14 　　②動力學方程：根據(jù)牛頓第二定律得 　　mgtanθ＝m 　　其中r是轉彎處軌道的半徑，是使內(nèi)外軌均不受力的最佳速度． 　?、鄯治鼋Y論：解上述方程可知 　?。絩gtanθ 　　可見，最佳情況是由、r、θ共同決定的． 　　當火車實際速度為v時，可有三種可能， 　　當v＝時，內(nèi)外軌均不受側向擠壓的力； 　　當v＞時，外軌受到側向擠壓的力（這時向心力增大，外軌提供一部分力）； 　　當v＜時，外軌受到側向擠壓的力（這時向心力減少，內(nèi)軌提供一部分力）． 　　（4）還有哪些實例和這一模型相同？ 　　自行車轉彎，高速公路上汽車轉彎等等． 　　小結： 　　我們討論的火車轉彎問題，實質是物體在水平面的勻速圓周運動，從力的角度看其特點是；合外力的方向一定在水平方向上，由于重力方向在豎直方向，因此物體除了重力外，至少再受到一個力，才有可能使物體產(chǎn)生在水平面勻速圓周運動的向心力． 　　2．汽車過拱橋 　　學生閱讀課文 　　演示課件2（可隨提問討論展開） 　　提問討論： 　?。?）汽車靜止在橋頂與通過橋頂是否同種狀態(tài)？ 　　不是，汽車靜止在橋頂、或通過橋頂，雖然都受到重力和支持力．但前者這兩個力的合力為零，后者合力不為零． 　?。?）汽車過拱橋橋頂?shù)南蛐牧θ绾萎a(chǎn)生？方向如何？ 　　汽車在橋頂受到重力和支持力，如圖5－15所示，向心力由二者的合力提供，方向豎直向下． 圖5－15 　?。?）運動有什么特點？ 　?、賱恿W 　　方程： 　　由牛頓第二定律設 　　G－＝m 　　解得＝G－m 　　②汽車處于失重狀態(tài) 　　汽車具有豎直向下的加速度，＜mg，對橋的壓力小于重力．這也是為什么橋一般做成拱形的原因． 　　③汽車在橋頂運動的最大速度為 　　根據(jù)動力學方程可知，當汽車行駛速度越大，汽車和橋面的壓力越小，當汽車的速度為時，壓力為零，這是汽車保持在橋頂運動的最大速度，超過這個速度，汽車將飛出橋頂． 　　（4）題擴展 　?、偃绻矬w從豎直曲面的內(nèi)側通過最高點時，情況如何？ 　?、谑芰D如圖5－16所示．動力學方程是＋G＝m 圖5－16 　　即＝m－mg 　　分析可知，是物體運動到最高點的最小速度． 　　②如果汽車通過凹形橋最低點時，情況如何． 　　學生依照上述討論行分析． 　　小結： 　　我們討論的汽車過橋問題，實質是物體在豎直面的圓周運動，要求掌握的是在最高點和最低點的情況，從力的角度看：在最低點，物體除了重力外，還必須受到一個豎直向上的壓力．在最高點，重力可以提供同心力，即 　　mg＝m, ＝ 　　是最高點的臨界速度（可以是最大值，也可以是最小值），根據(jù)在最高點接觸物體的特點，可能再提供豎直向上的力，也可能再提供豎直向下的力，要具體情況具體分析 　?。ㄋ模┛偨Y、擴展 　　1．在討論水平面的勻速圓周運動時，可結合學生情況，結合圓錐擺進行討論． 　　2．在討論豎直面的周圍運動時，對于最高點的情況，可結合繩、桿施力的特點進一步說明． 　　3．在豎直面內(nèi)、物體一般不是做勻速圓周運動，注意說明向心力和向心加速度公式雖然是從勻速圓周運動得出的，但也適用于變速圓周運動． 　　八、布置作業(yè) 　　練習六（2）（3）（4）（5） 　　九、板書設計 圓周運動的實例分析 　　1．火車轉彎——水平面的周圍運動 　　2．汽車過拱橋——豎直面的周圍運動． 　　十、背景知識與課外閱讀 愛因斯坦對我們的忠告……不要讓“常識”欺騙了你 　　這里提到的“常識”即“生活經(jīng)驗”．愛因斯坦稱這類生活中沒有經(jīng)過認真推敲或對事物的片面的認識為“常識”．他說：“常識是18歲以前沒在思想上的一層偏見”．這個忠告應特別引起我們的注意，因為有些常識是不真實的，是感覺上的錯誤，許多常識雖然是正確的，但只在一定的范圍內(nèi)表現(xiàn)為真理，這樣的例子在你學習物理的時候經(jīng)常遇到．例如，要想騎自行車在平直的馬路上勻速行駛，就一定要用力蹬，你就認為要維持物體運動就一定需要力；再例如，下雨天你坐在汽車里看到外面的雨點斜向下運動，而實際雨點是向下運動的，例子不一而足，只是借此欄目告訴初學物理的同學，要用準確的物理知識糾正過去自己錯誤或片面的生活經(jīng)驗，從而更好地掌握物理規(guī)律． 　　十一、隨堂練習 　　1．一個小球在豎直放置的光滑圓環(huán)的內(nèi)槽做圓周運動，則關于小球加速度方向正確的是 （ ） 　　A．一定指向圓心 　　B．一定不指向圓心 　　C．只在最高點和最低點處指向圓心 　　D．不能確定是否指向圓心 　　2．質量為m的木塊從半徑為R的半球形的碗口下滑到碗的最低點的過程中，如果由于摩擦力的使用使得木塊的速率不變，如圖5－17所示，那么 （ ） 　　A．因為速率不變，所以木塊的加速度為零 　　B．木塊下滑過程中所受的合外力越來越大 　　C．木塊下滑過程中所受的摩擦大小不變 　　D．木塊下滑過程中的加速度大小不變，方向始終指向球心 圖5－17 　　3．如圖5－18所示，質量為M和m的兩物塊A、B用線連接套在光滑的水平桿上，已知M∶m＝2∶1，現(xiàn)在桿繞軸勻速轉動，A和B在穩(wěn)定后它們到軸線O的距離之比為多少？ 圖5－18 　　4．如圖5－19所示，繩一端系著質量為M＝0.6kg的物體A，靜止于水平面，另一端通過光滑小孔吊著質量m＝0.3kg的物體B，A的中點距圓孔0.2m，并知A和水平面間的最大靜摩擦力為2N，現(xiàn)使此平面繞中心軸成轉動，問角速度在什么范圍內(nèi)B會處于靜止狀態(tài)？（g＝10m／） 　　答案：1．C 2．D 3．1∶2 4．2.9rad／s≤ω≤6.5rad／s 圖5－19