2019-2020年高中物理 5.5勻速圓周運(yùn)動(dòng)的實(shí)例分析教案（3） 新人教版必修2.doc

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2019-2020年高中物理 5.5勻速圓周運(yùn)動(dòng)的實(shí)例分析教案（3） 新人教版必修2本節(jié)課在勻速圓周運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)上，結(jié)合兩個(gè)實(shí)際例子進(jìn)行分析，教學(xué)時(shí)要注意充分發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用和學(xué)生的主體作用，拓展知識(shí)的應(yīng)用分析和解決有關(guān)勻速圓周運(yùn)動(dòng)的問題，重要的是搞清楚向心力的來源，這是研究勻速圓周運(yùn)動(dòng)的關(guān)鍵，在具體問題的分析時(shí)，要注意：1要判斷圓心的位置和質(zhì)點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑2對(duì)向心力來源的分析，要明確分析和計(jì)算的依據(jù)仍是普遍的運(yùn)動(dòng)規(guī)律牛頓第二定律，只是這里的加速度是向心加速度課本分析了汽車通過拱橋頂點(diǎn)的力、速度、加速度的問題汽車通過拱橋的運(yùn)動(dòng)過程是變速圓周運(yùn)動(dòng)，這里只分析車過頂點(diǎn)時(shí)的情況，教學(xué)中應(yīng)注意不要再擴(kuò)展一般情況下的變速圓周運(yùn)動(dòng)的問題，也不要求提及切向分力和法向分力，以免增加難度，加重學(xué)生的負(fù)擔(dān)教學(xué)目標(biāo)一、知識(shí)目標(biāo)1知道如果一個(gè)力或幾個(gè)力的合力的效果是使物體產(chǎn)生向心加速度，它就是物體所受的向心力2會(huì)在具體問題中分析向心力的來源3知道向心力和向心加速度的公式也適用于變速圓周運(yùn)動(dòng)，會(huì)求變速圓周運(yùn)動(dòng)中物體在特殊點(diǎn)的向心力和向心加速度二、能力目標(biāo)1通過對(duì)勻速圓周運(yùn)動(dòng)的實(shí)例分析，滲透理論聯(lián)系實(shí)際的觀點(diǎn)，提高學(xué)生的分析和解決問題的能力2通過勻速圓周運(yùn)動(dòng)的規(guī)律也可以在變速圓周運(yùn)動(dòng)中使用，滲透特殊性和一般性之間的辯證關(guān)系，提高學(xué)生的分析能力三、德育目標(biāo)通過對(duì)幾個(gè)實(shí)例的分析，使學(xué)生明確具體問題必須具體分析教學(xué)重點(diǎn)1理解向心力是一種效果力 2在具體問題中能找到向心力，并結(jié)合牛頓運(yùn)動(dòng)定律求解有關(guān)問題教學(xué)難點(diǎn)1具體問題中向心力的來源 2關(guān)于對(duì)臨界問題的討論和分析教學(xué)方法講授法、分析歸納法、推理法、分層教學(xué)法教學(xué)用具投影儀、CAI課件課時(shí)安排1課時(shí)教學(xué)過程投影本節(jié)課的學(xué)習(xí)目標(biāo)1知道向心力是由物體沿半徑方向的合外力來提供的2知道向心力、向心加速度的公式也適用于變速圓周運(yùn)動(dòng)3會(huì)在具體問題中分析向心力的來源學(xué)習(xí)目標(biāo)完成過程一、導(dǎo)入新課1復(fù)習(xí)勻速圓周運(yùn)動(dòng)知識(shí)點(diǎn)(提問)描述勻速圓周運(yùn)動(dòng)快慢的各個(gè)物理量及其相互關(guān)系從動(dòng)力學(xué)角度對(duì)勻速圓周運(yùn)動(dòng)進(jìn)行認(rèn)識(shí)2直接過渡導(dǎo)入學(xué)以致用是學(xué)習(xí)的最終目的，本節(jié)課通過幾個(gè)具體實(shí)例的探討來深入理解相關(guān)知識(shí)點(diǎn)并學(xué)會(huì)應(yīng)用二、新課教學(xué)(一)火車轉(zhuǎn)彎問題CAI課件模擬在平直軌道上勻速行駛的火車提出問題：1火車受幾個(gè)力作用？2這幾個(gè)力的關(guān)系如何？學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)1觀察火車運(yùn)動(dòng)情況2畫出受力示意圖，結(jié)合運(yùn)動(dòng)情況分析各力的關(guān)系師生互動(dòng)1火車受重力、支持力、牽引力及摩擦力2四個(gè)合力為零，其中重力和支持力合力也為零，牽引力和摩擦力合力也為零過渡那火車轉(zhuǎn)彎時(shí)情況會(huì)有何不同呢？CAI課件模擬平彎軌道火車轉(zhuǎn)彎情形提出問題：1轉(zhuǎn)彎與直進(jìn)有何不同？2受力分析學(xué)生活動(dòng)結(jié)合所學(xué)知識(shí)討論分析師生互動(dòng)1思維方法滲透只要是曲線軌跡就需要提供向心力，并不是非得做勻速圓周運(yùn)動(dòng)Fm中的r指的是確定位置的曲率半徑結(jié)論轉(zhuǎn)彎時(shí)需要提供向心力，而平直路前行不需要2受力分析得：需增加一個(gè)向心力(效果力)，由鐵軌外軌的輪緣和鐵軌之間互相擠壓而產(chǎn)生的彈力提供深入思考擠壓的后果會(huì)怎樣？學(xué)生討論由于火車質(zhì)量、速度比較大，故所需向心力也很大這樣的話，輪緣和鐵軌之間的擠壓作用力將很大，導(dǎo)致的后果是鐵軌容易損壞，軌緣也容易損壞設(shè)疑引申那么應(yīng)該如何解決這一實(shí)際問題？學(xué)生活動(dòng)發(fā)揮自己的想象能力結(jié)合知識(shí)點(diǎn)設(shè)計(jì)方案提示1設(shè)計(jì)方案目的為了減小彈力2錄像剪輯火車轉(zhuǎn)彎學(xué)生提出方案火車外軌比內(nèi)軌高，使鐵軌對(duì)火車的支持力不再是豎直向上此時(shí)，重力和支持力不再平衡，它們的合力指向“圓心”，從而減輕鐵軌和輪緣的擠壓點(diǎn)撥討論那么什么情況下可以完全使鐵軌和軌緣間的擠壓消失呢？學(xué)生歸納重力和支持力的合力正好提供向心力，鐵軌的內(nèi)外軌均不受到擠壓(不需有彈力)定量分析投影如下圖所示設(shè)車軌間距為L(zhǎng)，兩軌高度差為h，轉(zhuǎn)彎半徑為R，質(zhì)量為M的火車運(yùn)行師生互動(dòng)分析據(jù)三角形邊角關(guān)系sina對(duì)火車的受力情況(重力和支持力合力提供向心力，對(duì)內(nèi)外軌都無擠壓)tana又因?yàn)閍很小所以sinatana綜合有故FMg又FM所以v實(shí)際討論v在實(shí)際中反映的意義是什么？學(xué)生活動(dòng)結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)總結(jié)：實(shí)際中，鐵軌修好后h、R、L為定值，又g為定值，所以火車轉(zhuǎn)彎時(shí)的車速為一定值拓展討論若速度大于又如何？小于呢？師生互動(dòng)分析1vF向F(F支與G的合力)，故外軌受擠壓對(duì)輪緣有作用力(側(cè)壓力) F向FF側(cè)2VF向F(F支與G的合力)，故內(nèi)軌受擠壓后對(duì)輪緣有側(cè)壓力F向F-F側(cè)說明向心力是水平的(二)汽車過拱橋問題1凸形橋和凹形橋(1)物理模型投影如圖(2)因是曲線，故需向心力2靜止情況分析學(xué)生活動(dòng)結(jié)合“平衡狀態(tài)”受力分析同學(xué)積極解答受重力、支持力，二者合力為零，F(xiàn)壓G3以速度v過橋頂(底)(1)過凸形橋頂學(xué)生活動(dòng)1畫受力示意圖2利用牛頓定律分析F壓同學(xué)主動(dòng)解答，投影1考慮沿半徑方向受力mg-FNm2牛頓第三定律F壓FN3F壓FNmg-mmg4討論：由上式知v增大時(shí)，F(xiàn)壓減小，當(dāng)v時(shí)，F(xiàn)壓0；當(dāng)v時(shí)，汽車將脫離橋面，發(fā)生危險(xiǎn)(2)過凹形橋底學(xué)生活動(dòng)1畫受力示意圖2利用牛頓定律分析F壓提問C層次同學(xué)，類比分析1考慮沿半徑受力FN-mgm2牛頓第三定律FNF壓3F壓FNmmgmg4由上式知，v增大，F(xiàn)壓增大拓展討論實(shí)際中橋都建成哪種拱形橋？為什么？理論聯(lián)系實(shí)際分析1實(shí)踐中都是凸形橋(三)歸納勻速圓周運(yùn)動(dòng)應(yīng)用問題的解題思路學(xué)生活動(dòng)結(jié)合火車轉(zhuǎn)彎問題和汽車過橋問題各自歸納要求：A層次：寫出重點(diǎn)關(guān)鍵步驟B層次：標(biāo)明思維方式，注意事項(xiàng)C層次：分步確定投影解題思路1明確研究對(duì)象，分析其受力情況，確定研究對(duì)象運(yùn)動(dòng)的軌道平面和圓心的位置，以確定向心力的方向，這是基礎(chǔ)2確定研究對(duì)象在某個(gè)位置所處的狀態(tài)，進(jìn)行具體的受力分析，分析哪些力提供了向心力，此為解題關(guān)鍵3列方程求解在一條直線上，簡(jiǎn)化為代數(shù)運(yùn)算；不在一條直線上，用平行四邊形定則4解方程，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行必要的討論強(qiáng)化訓(xùn)練一根細(xì)繩下端拴著一個(gè)小球，抓住繩的上端，使小球在水平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)細(xì)繩就繞圓錐面旋轉(zhuǎn)，這樣就形成了一個(gè)圓錐擺，試分析：(1)小球受力情況；(2)什么力成為小球做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力參考答案：(1)受力：重力、拉力(2)二者合力提供向心力三、小結(jié)1教師小結(jié)本節(jié)通過幾個(gè)典型實(shí)例分析進(jìn)一步認(rèn)識(shí)了勻速圓周運(yùn)動(dòng)的一些特點(diǎn)，以及在實(shí)際問題中的具體應(yīng)用，得出了此類問題的具體解題步驟及注意事項(xiàng)2學(xué)生歸納學(xué)生活動(dòng)分別獨(dú)自按照教師提示及自己的理解歸納本節(jié)主要知識(shí)體系3抽查實(shí)物投影、激勵(lì)評(píng)價(jià)四、作業(yè)1復(fù)習(xí)本節(jié)解題思路2課本練習(xí)3預(yù)習(xí)下節(jié)五、板書設(shè)計(jì)六、本節(jié)優(yōu)化訓(xùn)練設(shè)計(jì)1如圖所示，質(zhì)量為m的小球用細(xì)線懸于O點(diǎn)，可在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)，到達(dá)最高點(diǎn)時(shí)的速度v(l為細(xì)線長(zhǎng))，則此時(shí)細(xì)線的張力為_；若到達(dá)最高點(diǎn)時(shí)的速度v2時(shí)，細(xì)線的張力為_2鐵路轉(zhuǎn)彎處的圓弧半徑是R，內(nèi)側(cè)和外側(cè)的高度差為h，L是兩軌間距離，當(dāng)列車的轉(zhuǎn)彎速率大于_時(shí)，外側(cè)鐵軌與輪緣間發(fā)生擠壓3如下圖所示，質(zhì)量為m的滑塊滑到圓弧軌道的最低點(diǎn)時(shí)速度大小為v，已知圓弧軌道的半徑是R，則滑塊在圓弧軌道最低點(diǎn)時(shí)對(duì)軌道的壓力是_4如下圖半徑為R的圓筒A，繞其豎直中心軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，其內(nèi)壁上有一質(zhì)量為m的物體B，B一邊隨A轉(zhuǎn)動(dòng)，一邊以豎直的加速度a下滑，AB間的滑動(dòng)摩擦系數(shù)為，A轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度大小為_5在水平面上轉(zhuǎn)彎的汽車，向心力是()A重力與支持力的合力B靜摩擦力C滑動(dòng)摩擦力D重力、支持力、牽引力的合力6用細(xì)繩拴著質(zhì)量為m的物體，在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)，則下列說法正確的是()A小球過最高點(diǎn)時(shí)，繩子的張力可以為0B小球過最高點(diǎn)時(shí)的最小速度是0C小球做圓周運(yùn)動(dòng)過最高點(diǎn)的最小速度是D小球過最高點(diǎn)時(shí)，繩子對(duì)小球的作用力可以與所受重力方向相反7汽車在傾斜的軌道上轉(zhuǎn)彎如圖所示，彎道的傾角為q，半徑為r，則汽車完全不靠摩擦力轉(zhuǎn)彎的速率是(設(shè)轉(zhuǎn)彎半徑水平)()ABCD8如圖所示，物體P用兩根長(zhǎng)度相等不可伸長(zhǎng)的細(xì)線系于豎直桿上，它們隨桿轉(zhuǎn)動(dòng)，若轉(zhuǎn)動(dòng)角速度為w，則()Aw只有超過某一值時(shí)，繩子AP才有拉力B繩BP的拉力隨w的增大而增大C繩子BP的張力一定大于繩子AP的張力D當(dāng)w增大到一定程度時(shí)，繩AP的張力大于BP的張力參考答案：103 mg 23mmg4 5B6AC7C8ABC備課資料一、物體做圓周運(yùn)動(dòng)的條件1質(zhì)點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的條件：合外力大小保持不變，方向始終線與速度方向垂直且指向圓心2豎直平面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)，一般情況下是變速圓周運(yùn)動(dòng)，物體能否通過圓周的最高點(diǎn)是有條件的(1)沒有物體支撐的小球，在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)，通過最高點(diǎn)的情況，如圖甲所示注意：繩對(duì)小球只能產(chǎn)生沿繩收縮方向的拉力A：臨界條件：繩子或軌道對(duì)小球沒有力的作用(即T0 或N0)mgm所以v臨注意：如果小球帶電，且空間存在電、磁場(chǎng)時(shí)，臨界條件應(yīng)是小球所受重力、電場(chǎng)力和洛倫茲力的合力作為向心力，此時(shí)v臨B：能通過最高點(diǎn)的條件：v當(dāng)v時(shí)繩對(duì)球產(chǎn)生拉力，軌道對(duì)球產(chǎn)生壓力C：不能通過最高點(diǎn)的條件：v實(shí)際上小球還不到最高點(diǎn)時(shí)就脫離了軌道（2）與輕桿相連的小球做圓周運(yùn)動(dòng)，通過最高點(diǎn)的情況：注意桿與繩不同，桿對(duì)物體既能產(chǎn)生拉力，也能對(duì)球產(chǎn)生支持力A：當(dāng)v0時(shí)，Nmg(N為支持力)B：當(dāng)0vN0C：當(dāng)v時(shí)，N0D：當(dāng)v，N為拉力，v增大，N增大如果是在下圖乙中的小球通過圓形軌道最高點(diǎn)，當(dāng)v時(shí)，小球?qū)⒚撾x軌道做平拋運(yùn)動(dòng)，因?yàn)檐壍缹?duì)小球無拉力二、重點(diǎn)難點(diǎn)解讀1向心加速度的分析向心加速度是向心力的效果，其方向與向心力相同，總是指向圓心，因此，勻速圓周運(yùn)動(dòng)是一種變加速度的運(yùn)動(dòng)從運(yùn)動(dòng)的角度看，向心加速度是描述做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體的速度方向變化情況的物理量，其計(jì)算公式av2/rrw2由上式可以看出：當(dāng)線速度v一定時(shí)，向心加速度a跟軌道半徑r成反比；當(dāng)角速度w一定時(shí)，向心加速度a跟r成正比；由于vrw，所以a總是跟v與w的乘積成正比2圓周運(yùn)動(dòng)中向心力的特點(diǎn)(1)勻速圓周運(yùn)動(dòng)：由于勻速圓周運(yùn)動(dòng)僅是速度方向變化而速度大小不變，故只存在向心加速度，物體受到外力的合力就是向心力可見，合外力大小不變，方向始終與線速度方向垂直且指向圓心，是物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的條件(2)變速圓周運(yùn)動(dòng)：速度大小發(fā)生變化，向心加速度和向心力都會(huì)相應(yīng)變化求物體在某一點(diǎn)受到的向心力時(shí)，應(yīng)使用該點(diǎn)的瞬時(shí)速度在變速圓周運(yùn)動(dòng)中，合外力不僅大小隨時(shí)間改變，其方向也不沿半徑指向圓心合外力沿半徑方向的分力(或所有外力沿半徑方向的分力的矢量和)提供向心力，使物體產(chǎn)生向心加速度，改變速度的方向；合外力沿軌道切線方向的分力，使物體產(chǎn)生切向加速度，改變速度的大小(3)當(dāng)物體所受的合外力F小于所需要提供的向心力mv2/r時(shí)，物體做離心運(yùn)動(dòng)，即Fmv2/r時(shí)，物體做離心運(yùn)動(dòng)3圓周運(yùn)動(dòng)中的臨界問題關(guān)于臨界問題總是出現(xiàn)在變速圓周運(yùn)動(dòng)中，豎直平面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)是典型的變速圓周運(yùn)動(dòng)一般情況下，只討論最高點(diǎn)和最低點(diǎn)的情況：(1)如下圖所示，沒有物體支撐的小球，在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)過最高點(diǎn)時(shí)的情況：臨界條件：小球到達(dá)最高點(diǎn)時(shí)繩子的拉力(或軌道的彈力)剛好等于零，小球的重力提供其做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力即mgm，上式中的v臨界是小球通過最高點(diǎn)的最小速度，通常叫臨界速度v臨界能過最高點(diǎn)的條件：vv臨界(此時(shí)繩、軌道對(duì)球分別產(chǎn)生拉力、壓力)不能過最高點(diǎn)的條件：vv臨界(實(shí)際上球還沒有到最高點(diǎn)就脫離了軌道)(2)如下圖所示，有物體支撐的小球在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)過最高點(diǎn)的情況：臨界條件：由于硬桿和管壁的支撐作用，小球恰能到達(dá)最高點(diǎn)的臨界速度v臨界0如圖(a)所示的小球過最高點(diǎn)時(shí)，輕桿對(duì)小球的彈性情況：A當(dāng)v0時(shí)，輕桿對(duì)小球有豎直向上的支持力FN，其大小等于小球的重力，即FNmgB當(dāng)0v時(shí)，桿對(duì)小球的支持力的方向豎直向上，大小隨速度的增大而減小，其取值范圍是：mgFN0C當(dāng)v時(shí)，F(xiàn)N0D當(dāng)v時(shí)，桿對(duì)小球有指向圓心的拉力，其大小隨速度的增大而增大如圖(b)所示的小球過最高點(diǎn)時(shí)，光滑硬管對(duì)小球的彈力情況：同上圖(a)的分析三、幾種常見的勻速圓周運(yùn)動(dòng)的實(shí)例圖表圖形受力分析以向心加速度方向建立坐標(biāo)系利用向心力公式