教学设计：生活中的圆周运动.doc

(完整word版)教学设计：生活中的圆周运动
5.7 生活中圆周运动 教案
静海一中 袁晶晶
一、教学目标
（一）知识与技能 
　　1．会在具体问题中分析向心力的来源，进一步认识和理解向心力是效果力，可以是物体所受其中一个力，可以是几个力的合力，也可以是其中一个力沿某一方向的分力。 
　　2．运用圆周运动所学习和归纳的规律去分析、处理实际生活中的具体问题。 
（二）过程与方法 
　　1．通过对火车在弯道处作匀速圆周运动的实例分析，从轨道一样高的运动分析、受力分析、磨损介绍，到研究解决磨损的举措，到提出改变轨道高度以达到改变支持力方向，从而是向心力由重力和支持力合力来提供以减少磨损的最终目标，明确这类说圆周运动解决思路，提高学生分析和解决问题的能力。
2.通过对汽车过拱形桥、凹形桥运动实例进行分析，解决为什么现实生活中设计的桥多为拱形桥这一疑惑点。
（三）情感、态度和价值观 
　　通过现实生活中圆周运动实例分析，物体做圆周运动的条件是所需要的向心力和实际提供的向心力相等，同时为下一节解决离心运动类问题和水平面、竖直面圆周运动临界条件做铺垫。　　
二、教学重点与难点 
　　【重点】：
在具体问题中能找到向心力的来源，并能根据从受力角度和运动学方面找寻供需平衡，从而解决所求问题。 
【难点】：
1，具体问题中向心力的来源分析，明确向心力是效果力，可以是某一个力，可以 是几个力的合
2，记住解决圆周运动的“三定”和“一分析”，即确定轨道平面、确定圆心、确定半径和分析向心力，解决实际圆周运动问题。 
三、教学过程
（一）、创设问题情境，导入新课
情景导入：
师：同学们，在现实生活中我们都有这样的感受就是乘坐汽车遇到弯道转弯时，其实当汽车转弯时看成汽车做圆周运动，我们乘坐的汽车是安全行驶的，是什么提供了做圆周运动的向心力那？
生：轮胎和地面间的摩擦力，且摩擦力是指向圆心的，且汽车做的是水平面的圆周运动。
师：同学们分析的很正确，而且考虑得很周全。那么假设我们现在坐到了一列火车上，此列火车现在正在转弯，那么火车具体是什么运动形式呢？
生：也是圆周运动。
师：带着种种疑问，利用新学习的物理知识：圆周运动，向心加速度，向心力去分析解决生活中圆周运动的具体实例---火车转弯问题。
<设计意图>通过生活中的实例，引起学生对本节知识的高度重视，激发学生学习探索的兴趣。
（二）、授新过程
1、〖板书〗
铁路的弯道
师：一切让我们从长计议，先来分析下：一列火车在平直轨道匀速行驶时，受力是如何的？
生：（踊跃发言）受四个力：重力，支持力，牵引力和摩擦力。
师：在解决转弯问题前，为了研究的更加周全让我们先来细致了解下火车的特点，以车轮为重点研究对象，因为它是与轨道直接接触的部位。
师：通过观察课件中展示火车车轮图片及类比生活中有轨道的地方，回答下列问题：
火车车轮有什么特点？轮缘有什么作用。
生：火车车轮有突起部分—轮缘；防止火车脱离轨道。

师：仍然是刚才那列火车，匀速运动到转弯处时，如果还是一样高度的轨道条件下，此时火车做什么运动？受力情况如何？
生：（踊跃发言）做圆周运动，受重力，支持力，轨道对轮缘的弹力充提供（充当）向心力。
<设计意图>培养学生的自学能力和分析问题的能力。
师：这样的设计有没有什么危害和不足？
（学生讨论）
生:由于火车质量较大，长时间运行的情况下，外侧轨道对火车轮缘持续作用弹力，长时间会使两种磨损较大，易损坏，不安全。
师：鉴于以上存在的实际问题，应采取怎样的措施进行有效的改进呢？
<设计意图>通过学生的思考，突破本节的难点。
生：由于目的在于减少内外轨对于轮缘的挤压，我们可从向心力来源角度入手去分析，重力方向不能改变，试着通过改变支持力去达到减少磨损的目的，两侧轨道高度不一样便可达到这一目的，火车受的重力和支持力的合力提供向心力，圆心在水平面，即火车转弯时做水平面内圆周运动。
F=mgtanθ=mv2/r
师：通过火车在转弯时的受力分析，
明确

同时注意，如果题目中给出两轨道间距离L、外轨抬高的高度h，也可以已知量去表示V0

师：如果火车速度超过会怎样？达不到这个速度又会怎样？
生：如果火车速度超过规定的速度，重力和支持力的合力将小于需要的向心力，所差的仍需由外轨对轮缘的弹力来弥补；如果火车的速率小于规定的速度，重力和支持力的合力将大于需要的向心力，超出的则由内轨对内侧车轮轮缘的弹力来平衡。
<师生总结>由火车转弯安全的规定速度入手分析：
时：内、外轨道对火车两侧车轮轮缘都无压力。
： 外轨道对车轮轮缘有向内的侧压力。
当车速过大时，火车容易发生脱轨。
： 内轨道对车轮轮缘有向外的侧压力。
<设计意图>通过学生的分析和师生共同总结，理解火车转弯时的速度限制应该限制在什么范围之内，这个速度又与哪些因素有关；火车提速情况下保证乘客安全可行性方案，从而突出火车转弯问题学生们应重点掌握的知识和解题思想。
师：科技是在进步的，火车是会提速的，随着火车的提速，旧的轨道会带来越来越多的不便，因为火车每次经过此段路面时都要减到规定速度，是很不方便的，所以要对轨道进行改造。对于提速后的火车，我们应该如何改造路面呢？
生：可以加大火车做圆周运动的轨道平面半径，也可以加大内外轨的高度差，即抬高外侧轨道，但前者实施起来较困难，所以现实生活中多采取后者。
师：那如何确定内外轨的高度差h呢？
假设提速后火车速度为，铁路弯道的半径是根据地形条件决定的，这里设为r，是高度差h应该是多少呢？
（学生思考分析，教师巡视答疑）
师：我们知道最好的方式就是由重力与支持力的合力提供向心力，是有当路面向圆心一侧倾斜的角度θ不太大时，由于，其中为轨距，上式变为，所以可用来计算值的大小。
【课堂例题】
例：一段铁路转弯处，内外轨高度差为h＝10cm，弯道半径为r＝625m，轨距L＝1250 mm，求这段弯道的设计速度v0是多大？(g＝10m/s2)．
【小试牛刀】
例：在一次汽车拉力赛中，汽车要经过某半径为R的圆弧形水平轨道，地面对汽车的最大静摩擦力为车重的0.1倍，汽车要想通过该弯道时不发生侧滑，那么汽车的行驶速度不应大于( D )

<学生板演>
<设计意图>提高学生综合应用知识解决实际问题的能力，同时培养学生举一反三的能力。
2、 〖板书〗
拱形桥
<问题引入>生活中我们所在的桥多为拱形桥，很少见到凹形桥？这其中有什么设计理念呢？就我们所学物理知识，今天来一起去探讨和分析解决心中的疑问。
<设计意图>提升学生的感性认识，激发深入探讨研究的兴趣。
师：汽车过拱形桥最高点时飞离地面的原因时什么？
生：汽车速度太大。
师：汽车过拱形桥最高点时也需要限制速度，那么，这个速度与哪些因素有关？过最高点时地面的支持力与汽车重力又存在怎样的大小关系？下面，我们在实际生活中汽车过拱形桥和凹形桥的实例中找寻答案。
例：一辆质量ｍ的小轿车，驶过半径R的一段凸形圆弧桥面，重力加速度g ．求：汽车以速度V通过桥面最高点时，对桥面压力是多大?当汽车速度哦是多少时，汽车对桥恰没压力？
<学生板演>
汽车通过拱形桥面最高点时，重力与支持力的合力提供向心力。
由向心力公式有
解得桥面的支持力大小为

<设计意图>培养学生独立分析问题、解决问题的能力，体会成功求知的喜悦、激发学习物理 的兴趣。
<师生总结>当FN=0时，汽车的速度为，就会发生汽车飞离地面。
<设计意图>理解汽车过拱形桥最高点时的速度与哪些因素有关，知道过最高点时地面的支持力与汽车重力的大小关系。
师：那现在同样的汽车如果过凹形桥有有何特点呢？
(学生自主探究,学生代表发言)
生：总结出来求解的公式，分析讨论在运动到凹形桥最低点时，向心力是支持力减去重力，从而发现到最低点时，汽车对桥的压力超过自身重力，较容易损坏桥梁。
师：同学们发现汽车运动到拱形桥最高点时，桥所受压力小于汽车重力，而运动到凹形桥最低点时桥所受压力大于小车重力，相比之下就发现为什么现实生活中桥梁多以拱形桥为主了，从防止时间长桥梁受损严重，直接影响行人安全角度考虑。
（师生共同归纳总结）
〈设计意图〉进一步强化解决圆周运动的核心思想--注意“供”“需”平衡。
【例】有一质量为800Kg的小汽车驶上圆弧半径为50m的拱桥。
（1）汽车到达桥顶时速度为5m/s，汽车对桥的压力是多大？
（2）汽车以多大的速度经过桥顶时恰好对桥没有压力？
【巩固训练】
一辆质量m=2.0t的小轿车，驶过半径R=90m的一段圆弧形桥面，重力加速度g=10m/s2。求：
（1）若桥面为凹形，汽车以20m/s的速度通过桥面最低点时，对桥面压力是多大？
（2）若桥面为凸形，汽车以10m/s的速度通过桥面最高点时，对桥面压力是多大？
（3）汽车以多大速度通过凸形桥面顶点时，对桥面刚好没有压力？
（三）课堂小结
（1）生活中做圆周运动的条件是满足提供的向心力等于需求的向心力，是解决圆周运动的核心思想，从物体受力情况和运动情况两个角度去分析物体，寻找向心力来源也是本节再次强化训练的问题。
（2）两个实际生活实例分析：
火车转弯---明确外轨略高于内轨，达到减少轨道挤压，降低磨损的目的，同时面对火车提速并且以保证乘客安全为最终目的情况下，通过改变轨道半径或者内外轨道倾角实现，但改变倾角更易操作实施。
拱形桥----通过研究新车通过拱形桥、凹形桥的运动情况及受力情况，分析为什么现实生活中拱形桥最普遍，以此达到解决现实生活中圆周运动系列问题的目的。
（四）布置作业：书30页 2.3.4题及导学案
四、板书设计
5.7 生活中的圆周运动
一、铁路的弯道
1、轨道水平：外轨对车的弹力提供向心力
2、外轨略高于内轨，内外轨无弹力时重力和支持力的合力提供向心力，较少车轮和轨道的磨损。
二、拱形桥
拱形桥：FN =G－m
凹形桥：FN =G+m

八、教学反思：本节课设置了较多的情景，准备了真实事件的图片，希望使物理课堂更贴近生活，使物理知识真正走近学生，据此激发学生的问题意识，拓宽学生的思维空间。但是，学生主动地发现问题、提出问题和解决问题的情况较少，应进一步培养学生的问题意识。

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