經(jīng)典—生活中的圓周運動教學(xué)設(shè)計

“生活中的圓周運動”教學(xué)設(shè)計內(nèi)容簡介圓周運動是最常見的曲線運動，與日常生活聯(lián)系密切，教材濃墨重彩地描述了火車轉(zhuǎn)彎、拱形橋、航天器中的失重現(xiàn)象、離心運動等日常生活中的圓周運動。本節(jié)課所展現(xiàn)的研究方法充分體現(xiàn)了圓周運動的基本研究思想，即“受力分析，供需平衡”， 探究過程真正使學(xué)生體會了物理學(xué)之美源于生活而高于生活。目標定位一、知識與技能1.鞏固向心力和向心加速度的知識；2.會在具體問題中分析向心力的來源；3.會用牛頓第二定律解決生活中較簡單的圓周運動問題。二、過程與方法1.通過對勻速圓周運動的實例分析，滲透理論聯(lián)系實際的觀點，提高分析和解決問題的能力；2.通過勻速圓周運動的規(guī)律也可以在變速圓周運動中使用，滲透特殊性和一般性之間的辯證關(guān)系，提高分析能力；3.通過對離心現(xiàn)象的實例分析，提高綜合應(yīng)用知識解決問題的能力；三、情感、態(tài)度與價值觀養(yǎng)成應(yīng)用實踐能力和思維創(chuàng)新意識；運用生活中的幾個事例，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣、求知欲和探索動機；通過對實例的分析，建立具體問題具體分析的科學(xué)觀念.設(shè)計思想本教學(xué)設(shè)計以新課程的三維目標為依據(jù)，重視學(xué)生的探究過程，體現(xiàn)“以學(xué)生為主體，以教師為主導(dǎo)”的新型師生關(guān)系，強化情感、態(tài)度與價值觀的教育，提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。從教師本人西藏旅游過程中的所見所聞入手，力圖在教學(xué)中營造活躍、寬松的學(xué)習(xí)氛圍，鼓勵學(xué)生合作探究，為學(xué)生與學(xué)生、教師與學(xué)生的交流與合作創(chuàng)設(shè)更多的機會，也為教學(xué)活動中的“生成”搭建舞臺。教學(xué)流程一、西藏之旅，創(chuàng)設(shè)情境教師用多媒體向?qū)W生展示自己西藏之旅的優(yōu)美照片。 【設(shè)計意圖】1.創(chuàng)造一種輕松的課堂氛圍，使學(xué)生能夠在接下來的教學(xué)過程中積極參與；2.埋下一個貫穿整個教學(xué)過程的伏筆。二、身臨其境，積極探索【環(huán)節(jié)一】探究火車轉(zhuǎn)彎問題1.提出問題，做好鋪墊教師講述自身西藏之旅的行程（其中大部分時間都是在坐火車），鑒于近段時間頻發(fā)的火車安全事故，表示自身對火車安全性的擔(dān)憂并提到了一個最近剛發(fā)生的剛果火車出軌事故。用多媒體向?qū)W生展示2010年6月23日剛果（布）火車出軌事故報道并提出問題：（1）大家看事故片段，看看為什么翻車？（2）哪里容易翻車？做什么運動？據(jù)剛果(布)國家廣播電臺6月23日報道，21日午夜發(fā)生在該國第二大城市黑角附近的火車脫軌事故傷亡人數(shù)已上升至821人，其中死亡76人，傷745人。 剛果(布)大洋鐵路公司一列客運列車21日午夜在從黑角駛往首都布拉柴維爾的途中經(jīng)過一個彎道時，突然發(fā)生脫軌事故，導(dǎo)致4節(jié)車廂墜落軌道旁的峽谷，造成重大傷亡事故。學(xué)生觀看視頻報道后，對報道內(nèi)容進行分析，得出火車車速過快是導(dǎo)致火車翻車的根本原因，且明確了火車是在做圓周運動，在轉(zhuǎn)彎的時候容易翻車的事實?！驹O(shè)計意圖】1.引導(dǎo)學(xué)生產(chǎn)生對火車問題的探究欲望，明確研究火車轉(zhuǎn)彎問題的必要性，為接下來的探究做鋪墊；2.在觀看的過程中也使學(xué)生體會生命的脆弱和寶貴；3.教師順勢提出今天研究的第一個課題火車的轉(zhuǎn)彎問題水平面內(nèi)的圓周運動。2.回歸生活，深化探究教師用多媒體展示火車車輪和鐵軌的基本形狀，并提出下列問題：（1）圓周運動平面是哪個？圓心在哪里？（2）由誰提供向心力？學(xué)生思考：火車是在水平面內(nèi)做圓周運動，所需向心力是由鐵軌與車輪之間的擠壓力提供，并得到的結(jié)論。教師用多媒體提出問題：（1）一節(jié)車箱凈重80噸左右，一般鐵軌抗擠壓能力為3*104N，假設(shè)彎道半徑是300m，火車的速度最大是多少公里每小時？（2）我國設(shè)計動車時希望時速達到300公里每小時，遠遠超過了剛才計算所得的最高時速，那應(yīng)該怎么解決這個問題呢？關(guān)鍵因素在哪里？（3）過渡（高速公路轉(zhuǎn)彎路面為什么要傾斜？）學(xué)生小組討論和交流：1.如果按照多媒體展示的計算，火車車速只有38公里每小時；2.根據(jù)向心力公式，要提高火車車速有三種方法，方案一：提高鐵軌質(zhì)量，增強鐵軌的抗擠壓能力；方案二：增大轉(zhuǎn)彎半徑；方案三：墊高外軌，使鐵軌向內(nèi)傾斜一定角度。教師對三種方案進行分析：方案一：提高鐵軌質(zhì)量受技術(shù)制約，且成本太大，不是很理想；方案二：容易受地理環(huán)境的局限；方案三：比較合理。請一位同學(xué)在黑板上對按照方案三改裝的轉(zhuǎn)彎火車進行受力分析，教師用多媒體提出問題：（1）如果剛才那輛火車速度提高到動車組300公里每小時的程度？剛好由F合提供向心力，傾斜角應(yīng)為多大？（2）如果火車的車速比正常情況下，向心力還是原來的大小嗎？由誰來提供？如果車速比正常情況大又如何？車速過快將發(fā)生什么情況？學(xué)生思考：火車車速過慢將由內(nèi)輪和鐵軌的擠壓力、重力以及鐵軌對火車的支持力的合理提供向心力。車速過快則有外輪和外軌的擠壓力、重力以及鐵軌對火車的支持力提供向心力，車速過快，所提供的向心力不足，火車將發(fā)生脫軌翻車事故。教師總結(jié)：向心力并不一定是由一個力提供，也可以有幾個力的合力提供。在研究水平面內(nèi)的圓周運動的時候我們應(yīng)該遵循以下三部曲解題：1.找“心臟”；2.分析力；3.列方程。教師用多媒體展示真實的火車轉(zhuǎn)彎情況，并向?qū)W生展示飛車雜技！設(shè)計意圖：本環(huán)節(jié)通過對火車轉(zhuǎn)彎問題的探究，使學(xué)生掌握水平面內(nèi)的圓周運動的一般研究方法。在解決問題的過程中感受物理學(xué)的偉大和源于生活高于生活的美?！经h(huán)節(jié)二】探究凹凸路面問題AB教師講述：10天的西藏之旅大部分都是在車上度過的，在西藏一路跑的過程中還發(fā)生了一件事，當(dāng)時我們是在去林芝的路上，是沿著108國道走的，108國道很顛簸，路面凹凸不平，如果進行理想化處理就如下圖一樣，類似于兩個圓弧組成。有一載重汽車和我們一起開著，晃晃悠悠的，我一直在擔(dān)心一件事情，就是怕這輛載重汽車會爆胎。下面同學(xué)們思考一個問題，如果這輛載重汽車以不變的速度行駛，A、B兩點哪里更容易爆胎？為什么？學(xué)生分小組交流和討論：在B點更容易爆胎。如果在A點對汽車進行受力分析如下左圖所示，再根據(jù)圓周運動公式可得：如果在B點對汽車進行受力分析，如上右圖所示再根據(jù)圓周運動公式可得：教師：后來那輛載重卡車，果然如你們所預(yù)料的那樣在凹的地方爆胎了。我們?nèi)绻褎偛诺陌纪孤访胬硐牖?，建立起研究凹凸路面問題的一般模型，就完全可以把剛才研究凹凸路面的方法推廣到研究整個豎直平面內(nèi)的圓周運動，例如研究拱形橋問題等等。教師提出問題：在上面的學(xué)習(xí)過程中我們已經(jīng)對豎直面內(nèi)的圓周運動有了初步認識，但是我突然發(fā)現(xiàn)了一個問題，在研究凹凸路面的時候汽車是否做勻速圓周運動？向心力公式是否仍然適用呢？如果不成立問題可就嚴重了。學(xué)生思考：不是勻速圓周運動，但是向心力公式仍然適用，因為當(dāng)時在推導(dǎo)向心力公式的時候就已經(jīng)知道它具有瞬時性。教師：這節(jié)課到現(xiàn)在為止，我們已經(jīng)探究了研究水平面內(nèi)的圓周運動和豎直面內(nèi)的圓周運動，并分別得到了研究的方法，接下來同學(xué)們能不能總結(jié)一下研究圓周運動的一般方法。學(xué)生思考總結(jié)：處理圓周運動問題的一般步驟：（1）明確對象，找出圓周平面，確定圓心和半徑；（2）進行受力分析，畫出受力分析圖;（3）求出在半徑方向的合力，即向心力；（4）用牛頓第二定律結(jié)合勻速圓周運動的特點列方程求解。【設(shè)計意圖】本環(huán)節(jié)通過對凹凸路面問題的探究，使學(xué)生掌握豎直平面內(nèi)的圓周運動的一般研究方法，并通過感受建立模型的過程，使學(xué)生明白模型的重要意義。此外，通過對圓周運動一般研究方法的總結(jié)，使學(xué)生的總結(jié)方法的能力得到進一步提升?！经h(huán)節(jié)三】探究航天器里的失重現(xiàn)象教師多媒體提出問題：過凸的路面時，如果速度不斷變大，大到一定程度會出現(xiàn)什么情況？學(xué)生思考：車會飛起來。教師多媒體展示“最牛超車，從車頂飛過”視頻教師多媒體展示問題：（1）現(xiàn)在不斷在大腦里把橋放大，想象成一個地球，凸面的半徑就是地球半徑R（約為6400km），排除一切阻力，汽車將會做怎樣的運動？（2）如果汽車質(zhì)量是m，重力加速度為g，那么汽車達到剛才的那種狀態(tài)速度應(yīng)該要多大？（3）汽車座椅對駕駛員的支持力為多大？學(xué)生思考：汽車將永遠不會掉下來，貼著地球表面做圓周運動，速度大小是.對汽車駕駛員進行受分析，如右圖所示根據(jù)牛頓第二定律和向心力公式可得因為，故座椅對駕駛員的支持力，根據(jù)牛頓第三定律可得駕駛員對座椅的壓力，駕駛員處于失重狀態(tài)。教師總結(jié)：如果我們把這個汽車想象成空間站等繞著地球旋轉(zhuǎn)的航天器的話，里面的駕駛員就是宇航員，他們所處的狀態(tài)也是失重狀態(tài)?！驹O(shè)計意圖】通過對航天器中失重現(xiàn)象的分析，是學(xué)生對于豎直面內(nèi)的圓周運動有一個更深刻的認識，使他們更深刻的體會凹凸路面模型的重要性。【環(huán)節(jié)四】探究離心現(xiàn)象教師多媒體展示問題：如果剛才那輛繞地球飛的汽車的速度再加快一點呢，會發(fā)生什么情況？學(xué)生思考：如果飛行速度再快一點，由于重力不能提供足夠的向心力，汽車就飛離了地球表面，往高空去了。教師總結(jié)：做勻速圓周運動的物體，在所受合力突然消失，或者不足以提供圓周運動所需的向心力的情況下，就做逐漸遠離圓心的運動。這種運動叫做離心運動。教師用多媒體向?qū)W生展示日常生活中的各種離心現(xiàn)象，例如制作棉花糖等等。設(shè)計意圖：通過對離心現(xiàn)象的討論，使學(xué)生更加熟練圓周運動的研究方法，對向心力的認識更加清晰，也進一步開闊