生活中的圓周運(yùn)動教學(xué)設(shè)計與反思

1、生活中的圓周運(yùn)動教學(xué)案例【教學(xué)目標(biāo)】1.進(jìn)一步加深對向心力的認(rèn)識，會在實際問題中分析向心力的來源2.培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立觀察、分析問題、解決問題的能力提高學(xué)生概括總結(jié)知識的能力教學(xué)重難點重點：分析具體問題中向心力的來源難點：離心運(yùn)動現(xiàn)象的理解教學(xué)手段Powerpoint演示文稿教學(xué)過程導(dǎo)入新課教師展示生活中的圓周運(yùn)動實例的圖片，引人新課學(xué)生觀察思考，逐步進(jìn)人學(xué)習(xí)狀態(tài)復(fù)習(xí)問題物體做圓周運(yùn)動需要向心力的作用，向心力的來源是怎樣的呢？學(xué)生思考，集體回答教師生活中有很多物體在做圓周運(yùn)動，它們的向心力是由哪些力來提供呢？這節(jié)課我們結(jié)合生活中一些具體的問題來分析向心力的來源問題板書第八節(jié)生活中的圓周運(yùn)動進(jìn)行新課一

2、、火車轉(zhuǎn)彎教師展示火車圖片火車沿直線運(yùn)動的情況學(xué)生分析火車車輪的特殊結(jié)構(gòu)教師提問請根據(jù)你了解的以及你剛才從圖片中觀察到的情況，說一說火車的車輪結(jié)構(gòu)如何，軌道的結(jié)構(gòu)如何學(xué)生思考討論，分析得出結(jié)論：車輪內(nèi)側(cè)輪緣半徑大于車輪半徑軌道將兩車輪的輪緣卡在里面問題1火車在平直的軌道上勻速行駛時，所受的合力如何？學(xué)生火車在平直的軌道上勻速行駛時，所受的合力等于零教師展示火車轉(zhuǎn)彎行使的圖片，并提示學(xué)生注意觀察火車的運(yùn)動情況問題2如果軌道是水平的，火車轉(zhuǎn)彎時火車做曲線運(yùn)動，所受外力怎么樣？學(xué)生觀察思考，討論分析個別學(xué)生回答軌道水平時，重力和支持力，軌道對輪緣的支持力，以及向后的摩擦力問題3如果軌道是水平的，火車

3、轉(zhuǎn)彎時，做曲線運(yùn)動，需要的向心力由哪些力來提供呢學(xué)生交流，分析問題個別學(xué)生回答應(yīng)該由火車輪緣所受的向里的支持力（即：軌道時它的側(cè)壓力）來提供問題4大家知道，火車質(zhì)量很大，行駛速度也不是很小，如此以來，長時間后，軌道會怎么樣呢？學(xué)生討論后回答如果靠這種方法獲得向心力，輪緣與外軌的相互作用力會很大，長期以來，軌道就會受到損壞問題5如何來改進(jìn)，才能夠使軌道不容易損壞呢？提示：從分析向心力的來源著手學(xué)生交流，得出結(jié)論設(shè)計：使路面向圓心一側(cè)傾斜一個很小的角度，使外軌略高于內(nèi)軌在轉(zhuǎn)彎處使外軌略高于內(nèi)軌，重力和支持力的合力提供了向心力，這樣，外軌就不受輪緣的擠壓了教師展示（1）火車轉(zhuǎn)彎時候的圖片，提醒學(xué)生觀

4、察軌道的情況（2）火車轉(zhuǎn)彎時的受力圖，強(qiáng)調(diào)軌道支持的方向板書：火車受力圖如圖，列方程得出向心力的表達(dá)式教師總結(jié)（1）如果在轉(zhuǎn)彎處使外軌道略高于內(nèi)軌道，火車受力不是豎直的，而是斜向軌道內(nèi)側(cè)它與重力的合力指向圓心，成為使火車轉(zhuǎn)彎的向心力（2）如果根據(jù)R和火車行駛速度v適當(dāng)調(diào)整內(nèi)外軌道的高度差，使轉(zhuǎn)彎時所需要的向心力完全由重力G和支持力FN的合力提供，這樣外軌道就不再受輪緣的擠壓了問題6當(dāng)軌道平面與水平面之間的夾角和轉(zhuǎn)彎半徑R確定的時候，速度多大時軌道不受擠壓？學(xué)生討論求解，得出結(jié)果問題7如果火車實際行駛的速度大于此速度時，向心力應(yīng)該由哪些力提供？如果小于此速度又怎么樣呢？學(xué)生歸納總結(jié)，交流討論，得

5、出結(jié)論教師大家在課余時間可以深入討論一下，公路轉(zhuǎn)彎處路面的特點例題1如圖所示，半徑為R的球殼，內(nèi)壁光滑，當(dāng)球殼繞豎直方向的中心軸轉(zhuǎn)動時，一個小物體恰好相對靜止在球殼內(nèi)的P點，OP連線與豎直軸夾角為試問：球殼轉(zhuǎn)動的周期多大？解析小物體受重力mg和球殼支持力N的作用：重力豎直向下，支持力垂直于球殼的內(nèi)壁指向球心O，它們的合力沿水平方向指向豎直轉(zhuǎn)軸，大小為mgtan；小物體在水平面中做圓周運(yùn)動，圓半徑為r=Rsin，設(shè)球殼轉(zhuǎn)動的角速度為w，則小物體做圓周運(yùn)動的運(yùn)動方程為mgtan=mw2Rsin，得由，可知球殼轉(zhuǎn)動周期為點撥（1）相對靜止于球殼內(nèi)P處的小物體做勻速圓周運(yùn)動的向心力來源于重力mg和球殼

6、對其支持力FN的合力由力的平行四邊形定則可確定其合力與分力間的關(guān)系（2）小物體所受的合外力（即向心力）的方向與向心加速度方向相同，垂直于轉(zhuǎn)軸指向軌道圓心O而不是指向球殼的球心O問題討論使球殼繞豎直方向的中心軸轉(zhuǎn)動的角速度增大或減小，當(dāng)小物體仍與球殼相對靜止時，這一相對靜止點P將在球殼內(nèi)發(fā)生怎樣的位置變化？試就該題的計算結(jié)果加以討論二、汽車過拱橋問題1如果汽車在水平路面上勻速行駛或靜止時，在豎直方向上受力如何？學(xué)生分析得出：重力G和地面的支持力FN，并且二者平衡，如圖教師如果是拱形橋呢？汽車以某一速度通過橋的最高點的時候，橋面受到的壓力如何？教師展示汽車通過拱橋的圖片，讓學(xué)生有感性認(rèn)識板書二、汽

7、車過拱橋教師引導(dǎo)學(xué)生分析受力情況：當(dāng)汽車在橋面上運(yùn)動過最高點時，重力G和橋的支持力FN在一條直線上，它們的合力是使汽車做圓周運(yùn)動的向心力F向教師展示圖，引導(dǎo)學(xué)生明確研究對象，分析受力情況，利用牛頓第二定律解決問題分析過程（1）分析汽車的受力情況；（2）找圓心；（3）確定F合即F向心力的方向；（4）列方程學(xué)生活動列方程，得出結(jié)論汽車對橋面的壓力教師提問根據(jù)上式，你能夠得出什么結(jié)論？學(xué)生討論分析，得出結(jié)論：1汽車對橋面的壓力FN小于汽車的重力G；2汽車行駛的速度越大，汽車對橋面的壓力越小教師試分析如果汽車的速度不斷地增大，會有什么現(xiàn)象發(fā)生呢學(xué)生分析、討論交流，個別學(xué)生總結(jié)板書1當(dāng)速度不斷增大的時候

8、，壓力會不斷減小，當(dāng)達(dá)到時，汽車對橋面完全沒有壓力，汽車就“飄離”橋面教師提問如果汽車的速度比這個速度更大呢？汽車會怎么運(yùn)動呢？提示學(xué)生分析，汽車此時受力怎么樣？速度方向怎么樣？速度和加速度方向如何？學(xué)生思考分析，討論教師總結(jié)并板書：2汽車以大于或等于v0的速度駛過拱形橋的最高點時，汽車與橋面的相互作用力為零，汽車只受重力，又具有水平方向的速度v，因此汽車將做平拋運(yùn)動教師提問如果橋面是凹下去的凹形橋，汽車行駛在最低點時，橋面受到的壓力如何呢？學(xué)生根據(jù)上面分析拱形橋的思路，自己分析汽車通過凹形橋時對橋面的壓力，此時壓力和汽車的重力比較，誰大？速度變化時，壓力怎么變呢？個別學(xué)生到黑板上板書：凹形橋

9、上最低點，汽車豎直方向受力如圖所示，汽車對橋面的壓力教師展示圖片，如圖，輔導(dǎo)其他學(xué)生分析問題對學(xué)生所做的分析和求解過程進(jìn)行評價教師前面我們曾經(jīng)學(xué)習(xí)過超重和失重現(xiàn)象，那么對兩種情況來看，在拱形橋的最高點，和凹形橋的最低點，汽車分別處于哪種狀態(tài)呢？學(xué)生回想前面的知識，回憶超重和失重現(xiàn)象的知識，分析問題教師引導(dǎo)學(xué)生分析問題得出結(jié)論：超重和失重現(xiàn)象不只發(fā)生在豎直方向運(yùn)動的物體上只要有豎直方向的加速度就會有超重、失重現(xiàn)象，而與速度方向無關(guān)教師展示例題2，引導(dǎo)學(xué)生明確題意例題2如圖所示，汽車質(zhì)量為1.5×104kg，以不變的速率先后通過凹形橋和拱形橋，橋面半徑為15m，如果橋面承受的最大壓力不得

10、超過20 × 105N，汽車允許的最大速率是多少？汽車以此速率通過橋面時對橋面的最小壓力應(yīng)該是多少？教師提問汽車在何處受到的支持力大？受力如何？做圓周運(yùn)動的圓心在哪里？學(xué)生認(rèn)真思考，分析討論解在最低點時，汽車受到的支持力大于重力，在最高點時所受的支持力小于重力，所以在計算時應(yīng)該以最低點為標(biāo)準(zhǔn)計算（1） 在最低點，受力如圖，由牛頓第二定律可知解得v707ms.（2）在最高點時，汽車受支持力最小，為FN2，如圖所示，由牛頓第二定律有解得FN21.0×105N教學(xué)說明上述過程中汽車做的不是勻速圓周運(yùn)動，我們?nèi)允褂昧藙蛩賵A周運(yùn)動的公式，原因是向心力和向心加速度的公式對于變速圓周運(yùn)動

11、同樣適用三、航天器中的失重現(xiàn)象教師提問火車轉(zhuǎn)彎，汽車過拱橋，都屬于圓周運(yùn)動的一部分，我們根據(jù)受力以及牛頓定律分析，明確了它們的情況，宇宙飛船也是做曲線運(yùn)動，可以看成圓周運(yùn)動的，那么飛船和艙內(nèi)的宇航員受力情況怎么樣呢？展示圖片，太空中飛行的宇宙飛船板書三、航天器中的失重現(xiàn)象學(xué)生閱讀課本，思考討論問題1繞地球做勻速圓周運(yùn)動的飛船中，宇航員是否受力？學(xué)生分析受力情況，得出結(jié)論問題2航天員受力：FN=0時，v=？學(xué)生回答當(dāng)FN=0時，速率，此時宇航員處于完全失重狀態(tài)教師展示錄像片，運(yùn)轉(zhuǎn)中的宇宙飛船，其中宇航員的狀態(tài)學(xué)生觀看錄像片，加深對航天員處于完全失重狀態(tài)情形的認(rèn)識四、離心運(yùn)動教師物體做圓周運(yùn)動時，

12、如果某一時刻，充當(dāng)向心力的力突然消失，物體將會怎么樣呢？這就是我們下面要學(xué)習(xí)的離心現(xiàn)象播放錄像片，提示學(xué)生，認(rèn)真觀察現(xiàn)象學(xué)生1觀看錄像片，觀察離心現(xiàn)象，思考其中的規(guī)律2學(xué)生看書，總結(jié)規(guī)律板書四、離心運(yùn)動問題1什么是離心運(yùn)動？2離心運(yùn)動的應(yīng)用有哪些？3離心運(yùn)動的危害與防止學(xué)生分析總結(jié)，個別學(xué)生回答跟蹤練習(xí)1作業(yè)設(shè)計補(bǔ)充習(xí)題第（l）題1向心力是按效果命名的，它可以是重力、彈力或摩擦力，也可以是這些力的合力或分力所提供2靜摩擦力是由物體的受力情況和運(yùn)動情況決定的問題討論有的同學(xué)認(rèn)為，做圓周運(yùn)動的物體有沿切線方向飛出的趨勢，靜摩擦力的方向應(yīng)該與物體的運(yùn)動趨勢方向相反你認(rèn)為他的說法對嗎？為什么？跟蹤練習(xí)

13、2作業(yè)設(shè)計補(bǔ)充習(xí)題第（4）題點撥本題雖是豎直平面內(nèi)的圓周運(yùn)動，但由題述可知是勻速率的而不是變速率的題目所求A對桿的作用力，可通過求解桿對A的反作用力得到答案A經(jīng)越最高點時，桿對A的彈力必沿桿的方向，但它可以給A以向下的拉力，也可以給A以向上的支持力在事先不易判斷該力是向上還是向下的情況下，可先采用假設(shè)法：例如先假設(shè)桿向下拉A，若求解結(jié)果為正值，說明假設(shè)方向正確；求解結(jié)果為負(fù)值，說明實際的彈力方向與假設(shè)方向相反問題討論該題中A球分別以lms和4ms的速度越過最低點時，A對桿的作用力的大小、方向又如何？上面的桿如果換成繩子，A能不能以lms的速率沿圓周經(jīng)越最高點？A能沿圓周經(jīng)越最高點的最小速率為多

14、少？若桿能承受的拉力和壓力各有一個最大值，怎樣確定球A做勻速圓周運(yùn)動的速率范圍？教師活動對本節(jié)內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)課堂小結(jié)學(xué)生總結(jié)回答1物體除受到各個作用力外，還受一個向心力嗎？2對于火車轉(zhuǎn)彎時，向心力由什么提供？3汽車通過凹形或凸形拱橋時對橋的壓力與重力的關(guān)系如何？4用向心力公式求解有關(guān)問題時的解題步驟如何？（1）明確研究對象，確定它在哪個平面內(nèi)做圓周運(yùn)動，找到圓心和半徑（2）確定研究對象在某個位置所處的狀態(tài)，進(jìn)行具體的受力分析，分析哪些力提供了向心力（3）根據(jù)牛頓第二定律，以及向心力公式列方程（4）解方程，對結(jié)果進(jìn)行必要的討論作業(yè)設(shè)計1課本P26第1、2、3、4題板書設(shè)計教學(xué)反思1.對于向心力的來源問題是學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的難點問題學(xué)生常常誤認(rèn)為向心力是一種特殊的力，是做勻速圓周運(yùn)動的物體另外受到的力就如何正確認(rèn)識向心力的來源，我在教學(xué)中注意通過多分析實例使學(xué)生獲得正確認(rèn)識同時注意讓學(xué)生明確：這里的分析和計算所依據(jù)的仍是普遍的運(yùn)動規(guī)律一牛頓第二定律，只是這里的加速度是向心加速度2.關(guān)于向心力和向心加速度的公式也適用于變速圓周運(yùn)動，這一問題，只是分析物體在特殊點（該處物體所受合外力全部提供向心力，無切向分力）的向心力和向心加速度課本分析了汽車（代表物體）通過拱橋（凸形橋和凹形橋）頂點（最高點和最低點）時的力、速度、加速度等問題汽車