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2019-2020年高一物理 5.7《生活中的圓周運(yùn)動》學(xué)案 一、素質(zhì)教育目標(biāo) 　?。ㄒ唬┲R教學(xué)點(diǎn) 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(yīng)用牛頓運(yùn)動定律解決勻速圓周運(yùn)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(yīng)變速圓周運(yùn)動，理解如何使用． 　?。ǘ┠芰τ?xùn)練點(diǎn) 　　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． 　　二、學(xué)法引導(dǎo) 　　學(xué)生自學(xué)教材，在例題分析時采用師生共同討論的教學(xué)方式． 　　三、重點(diǎn)難點(diǎn)疑點(diǎn)及解決辦法 　　1．重點(diǎn) （1）理解向心力是按效果命名的力． 　　 （2）會在具體問題中分析向心力，綜合運(yùn)用牛頓定律分析解決問題． 　　2．難點(diǎn) （1）具體問題具體分析，理論聯(lián)系實際． 　　 （2）臨界問題的分析和討論． 　　四、教學(xué)步驟 　?。ㄒ唬┩瓿蛇^程 　　勻速圓周運(yùn)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(yùn)動，繩的拉力提供向心力． 　?。?）物體隨水平圓盤做勻速周圍運(yùn)動，靜摩擦力提供向心力． 　　小結(jié)：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(jìn)一步研究幾個實例： 　　1．火車轉(zhuǎn)彎 　?。?）火車勻速直線運(yùn)動和勻速轉(zhuǎn)彎是否同種狀態(tài)？ 　　不是，火車勻速直線運(yùn)動時合外力為零，火車勻速轉(zhuǎn)變時受向心力，合外力不為零． 　?。?）火車轉(zhuǎn)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(dāng)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(dāng)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(cè)向擠壓的力． 　　定量分析火車轉(zhuǎn)彎的最佳情況． 　?、偈芰Ψ治觯喝鐖D5－14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 　?、趧恿W(xué)方程：根據(jù)牛頓第二定律得 　　mgtanθ＝m 　　其中r是轉(zhuǎn)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(jié)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(dāng)火車實際速度為v時，可有三種可能， 　　當(dāng)v＝時，內(nèi)外軌均不受側(cè)向擠壓的力； 　　當(dāng)v＞時，外軌受到側(cè)向擠壓的力（這時向心力增大，外軌提供一部分力）； 　　當(dāng)v＜時，外軌受到側(cè)向擠壓的力（這時向心力減少，內(nèi)軌提供一部分力）． 　?。?）還有哪些實例和這一模型相同？ 　　自行車轉(zhuǎn)彎，高速公路上汽車轉(zhuǎn)彎等等． 　　小結(jié)： 　　我們討論的火車轉(zhuǎn)彎問題，實質(zhì)是物體在水平面的勻速圓周運(yùn)動，從力的角度看其特點(diǎn)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(yùn)動的向心力． 　　2．汽車過拱橋 　　學(xué)生閱讀課文 　　演示課件2（可隨提問討論展開） 　　提問討論： 　　（1）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，如圖所示，向心力由二者的合力提供，方向豎直向下． 　　（3）運(yùn)動有什么特點(diǎn)？ 　　①動力學(xué) 　　由牛頓第二定律 G－＝m 　　解得＝G－m 　?、谄囂幱谑е貭顟B(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(yùn)動的最大速度為 　　根據(jù)動力學(xué)方程可知，當(dāng)汽車行駛速度越大，汽車和橋面的壓力越小，當(dāng)汽車的速度為時，壓力為零，這是汽車保持在橋頂運(yùn)動的最大速度，超過這個速度，汽車將飛出橋頂． 　　（4）題擴(kuò)展 　?、偃绻矬w從豎直曲面的內(nèi)側(cè)通過最高點(diǎn)時，情況如何？ 　?、谑芰D如圖所示．動力學(xué)方程是＋G＝m 　　即＝m－mg 　　分析可知，是物體運(yùn)動到最高點(diǎn)的最小速度． 　?、谌绻囃ㄟ^凹形橋最低點(diǎn)時，情況如何． 　　學(xué)生依照上述討論行分析． 　　小結(jié)： 　　我們討論的汽車過橋問題，實質(zhì)是物體在豎直面的圓周運(yùn)動，要求掌握的是在最高點(diǎn)和最低點(diǎn)的情況，從力的角度看：在最低點(diǎn)，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(diǎn)，重力可以提供同心力，即 　　mg＝m, ＝ 　　是最高點(diǎn)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(diǎn)接觸物體的特點(diǎn)，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 　　（四）總結(jié)、擴(kuò)展 　　1．在討論水平面的勻速圓周運(yùn)動時，可結(jié)合學(xué)生情況，結(jié)合圓錐擺進(jìn)行討論． 　　2．在討論豎直面的周圍運(yùn)動時，對于最高點(diǎn)的情況，可結(jié)合繩、桿施力的特點(diǎn)進(jìn)一步說明． 　　3．在豎直面內(nèi)、物體一般不是做勻速圓周運(yùn)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(yùn)動得出的，但也適用于變速圓周運(yùn)動． 　　十一、隨堂練習(xí) 　　1．一個小球在豎直放置的光滑圓環(huán)的內(nèi)槽做圓周運(yùn)動，則關(guān)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(diǎn)和最低點(diǎn)處指向圓心 　　D．不能確定是否指向圓心 　　2．質(zhì)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(diǎn)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 　　3．如圖所示，質(zhì)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(zhuǎn)動，A和B在穩(wěn)定后它們到軸線O的距離之比為多少？ 　　4．如圖所示，繩一端系著質(zhì)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(zhì)量m＝0.3kg的物體B，A的中點(diǎn)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(zhuǎn)動，問角速度在什么范圍內(nèi)B會處于靜止?fàn)顟B(tài)？（g＝10m／） 　　答案：1．C 2．D 3．1∶2 4．2.9rad／s≤ω≤6.5rad／s