高中物理人教版第五章曲線運(yùn)動生活中的圓周運(yùn)動 優(yōu)秀作品

7.生活中的圓周運(yùn)動教學(xué)設(shè)計（2017/3/2）甘肅省會寧縣第二中學(xué)730799【摘要】本節(jié)為圓周運(yùn)動的應(yīng)用課，鐵路的彎道用來分析水平面上的勻速圓周運(yùn)動；拱形橋和凹形橋用來分析豎直面上的變速圓周運(yùn)動；航天器中的失重現(xiàn)象研究失重問題；離心運(yùn)動則是研究向心力不足物體的運(yùn)動趨勢?！窘虒W(xué)目標(biāo)】1.能定性分析火車外軌比內(nèi)軌高的原因。2.定量分析汽車過拱形橋最高點(diǎn)和凹形橋最低點(diǎn)的壓力問題。3.知道航天器中的失重現(xiàn)象的本質(zhì)。4.知道離心運(yùn)動及其產(chǎn)生的條件，了解離心運(yùn)動的應(yīng)用和防止。5.會用牛頓第二定律分析圓周運(yùn)動。6.進(jìn)一步領(lǐng)會力與物體的慣性對物體運(yùn)動狀態(tài)變化所引起的作用?！娟P(guān)鍵詞】拱形橋鐵路彎道航天器中的失重現(xiàn)象離心運(yùn)動【知識對比】知識點(diǎn)初中高中水平面內(nèi)的圓周運(yùn)動初中未涉及鐵路的彎道用來分析水平面上的勻速圓周運(yùn)動；能定性分析火車外軌比內(nèi)軌高的原因豎直面內(nèi)的圓周運(yùn)動初中未涉及定量分析汽車過拱形橋最高點(diǎn)和凹形橋最低點(diǎn)的壓力問題航天器中的失重現(xiàn)象離心運(yùn)動初中未涉及知道航天器中的失重現(xiàn)象的本質(zhì)；知道離心運(yùn)動及其產(chǎn)生的條件，了解離心運(yùn)動的應(yīng)用和防止?！菊n時安排】2課時—、水平面內(nèi)的圓周運(yùn)動【問題導(dǎo)學(xué)】物體在水平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動時，是那些力的合力提供了它做圓周運(yùn)動的向心力呢？【情景引入】1.圓臺轉(zhuǎn)動類如圖圖所示，小物塊放在旋轉(zhuǎn)圓臺上，與圓臺保持相對靜止．物塊與圓臺間的動摩擦因數(shù)為μ，離軸距離為R，圓臺對小物塊的靜摩擦力(設(shè)最大靜摩擦力等于摩擦力)提供小物塊做圓周運(yùn)動所需的向心力．水平面內(nèi)，繩拉小球在圓形軌道上運(yùn)動等問題均可歸納為“圓臺轉(zhuǎn)動類”．2.圓錐擺圓錐擺是一種典型的圓周運(yùn)動。物體受力情況如圖所示，mg和T的合力F提供向心力，不難看出旋轉(zhuǎn)的角速度ω越大，θ角變大。3.雜技節(jié)目“飛車走壁”這樣的物體在豎直方向上受力平衡，在水平方向上受的合外力提供它做圓周運(yùn)動的向心力。亦可以用力的合成三角形求解。4.鐵路的彎道鐵路的彎道，在水平圓形軌道上行駛的火車，如果雙軌高度完全一樣，火車做圓周運(yùn)動的向心力就是靠外側(cè)軌道對車輪緣的彈力來提供如圖所示；為了減輕鐵軌和輪緣的損壞，人們常把外側(cè)軌道做得高一些，這樣傾斜鐵軌的彈力N和重力G的合力F,就能很大程度地提供火車所需的向心力.如圖.一般的高速公路的轉(zhuǎn)彎處做成外側(cè)高，內(nèi)側(cè)低，也是為了防止車輪與地面的摩擦力不夠時車向外側(cè)滑移。二、豎直面內(nèi)的圓周運(yùn)動【問題導(dǎo)學(xué)】物體在豎直面內(nèi)做變速圓周運(yùn)動時，是那些力的合力提供了它做圓周運(yùn)動的向心力呢？【情景引入】

由于重力的作用，物體在豎直面內(nèi)做的一般是變速圓周運(yùn)動，由物體的重力mg和支持力T共同提供向心力（如圖）．當(dāng)物體運(yùn)動到最高點(diǎn)（1位置）時有

當(dāng)物體運(yùn)動最低點(diǎn)（2位置）時有當(dāng)物體在一般位置（3位置）時有1.繩約束（單軌，無支持，水流星模型）如果支持物是一根軟繩（或是一個物體沿著圓形軌道內(nèi)側(cè)做圓周運(yùn)動），那么支持物無法向物體提供向外的支持力．這種情況物體運(yùn)動到最高點(diǎn)時的向心加速度不能小于重力加速度g，否則物體將離開圓形軌道．也就是必須滿足的條件，物體才能順利越過最高點(diǎn)．當(dāng)時，球不能通過最高點(diǎn)(實(shí)際上球沒有到最高點(diǎn)就脫離了軌道．)2.桿約束（雙軌，有支撐）如果支持物是一根硬桿（或是一個物體套在圓形軌道上作圓周運(yùn)動），那么支持物體既能向物體提供向內(nèi)的支持力，也可向物體提供向外的支持力．，這種情況下物體越過最高點(diǎn)的速度只要滿足即可。在最高點(diǎn)，如果小球的重力恰好提供其做圓周運(yùn)動的向心力，即mg＝eq\f(mv2,R)，v＝eq\r(gR)，桿或軌道內(nèi)壁對小球沒有力的作用．當(dāng)0<v<eq\r(gR)時，小球受到重力和桿(或內(nèi)軌道)對球的支持力．當(dāng)v>eq\r(gR)時，小球受到重力和桿向下的拉力(或外軌道對球向下的壓力)．3.拱形橋汽車過拱橋，是公路上常見的圓周運(yùn)動，如圖所示，有支撐的汽車，彈力只可能向上，在這種情況下有：mg－F＝eq\f(mv2,R)≤mg，所以v≤eq\r(gR)，物體經(jīng)過最高點(diǎn)的最大速度vmax＝eq\r(gR)，此時物體恰好離開橋面，做平拋運(yùn)動．P28.思考與討論。P28.說一說公路上通過凹形橋-過水路面，車隊(duì)橋的壓力比汽車的重力大些還是小些好？三.航天器中的失重現(xiàn)象航天員：，，由此可知，當(dāng)v＝eq\r(gR)時座椅對航天員的支持力FN=0，航天員處于失重狀態(tài)。這里的分析僅僅針對圓軌道而言。其實(shí)任何關(guān)閉了發(fā)動機(jī)，又不受阻力的飛行器的內(nèi)部，都是一個完全失重的環(huán)境。例如向空中任何方向拋出的容器，其中的所有物體都處于失重狀態(tài)。四、離心運(yùn)動、1.離心現(xiàn)象任何物體作圓周運(yùn)動都需要向心力，一旦它向心力不夠大，或者完全消失，它就要做逐漸遠(yuǎn)離圓心的運(yùn)動（如圖）。這種現(xiàn)象叫離心現(xiàn)象。2.近心現(xiàn)象任何物體作圓周運(yùn)動都需要向心力，一旦它向心力不夠大，或者完全消失，它就要做逐漸靠近圓心的運(yùn)動。這種現(xiàn)象叫近心現(xiàn)象。3.應(yīng)用離心現(xiàn)象在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活中有很多應(yīng)用。最常見的就是洗衣機(jī)中的脫水器（如圖），當(dāng)濕衣服在筒內(nèi)隨筒高速轉(zhuǎn)動時，水滴和衣服之間的附著力不足以提供水滴作圓周運(yùn)動所需要的向心力，水滴便離開衣服，逐步到達(dá)筒邊，穿過小孔飛出來，這樣衣服上的水就少多了。4.防止在公路彎道，車輛不允許超速；高速轉(zhuǎn)動的砂輪、飛輪等，都不得超過最大轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速過高，砂輪、飛輪內(nèi)部分子間的相互作用力不足以提供所需向心力，離心運(yùn)動會使他們破裂。板書設(shè)計：一、水平面內(nèi)的圓周運(yùn)動1.圓臺轉(zhuǎn)動類水平面內(nèi)，繩拉小球在圓形軌道上運(yùn)動等問題均可歸納為“圓臺轉(zhuǎn)動類”．2.圓錐擺旋轉(zhuǎn)的角速度ω越大，θ角變大。3.雜技節(jié)目“飛車走壁”這樣的物體在豎直方向上受力平衡，在水平方向上受的合外力提供它做圓周運(yùn)動的向心力。亦可以用力的合成三角形求解。4.鐵路的彎道二、豎直面內(nèi)的圓周運(yùn)動當(dāng)物體運(yùn)動到最高點(diǎn)（1位置）時有

當(dāng)物體運(yùn)動最低點(diǎn)（2位置）時有當(dāng)物體在一般位置（3位置）時有1.繩約束（單軌，無支持，水流星模型）也就是必須滿足的條件，物體才能順利越過最高點(diǎn)．當(dāng)時，球不能通過最高點(diǎn)(實(shí)際上球沒有到最高點(diǎn)就脫離了軌道．)2.桿約束（雙軌，有支撐），這種情況下物體越過最高點(diǎn)的速度只要滿足即可。當(dāng)0<v<eq\r(gR)時，小球受到重力和桿(或內(nèi)軌道)對球的支持力．當(dāng)v>eq\r(gR)時，小球受到重力和桿向下的拉力(或外軌道對球向下的壓力)．3.拱形橋有支撐的汽車，彈力只可能向上，在