高中物理魯科版4第三章電磁波 向心力教案勻速圓周運動實例分析

粵教版必修（2）第二章第二節(jié)《向心力》(第二課時)勻速圓周運動實例分析一、教材分析本節(jié)內(nèi)容在教材中并沒有單獨設(shè)計，為了讓學(xué)生提高應(yīng)用物理知識的能力可以單獨再安排一節(jié)。在上節(jié)課的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高應(yīng)用受力分析和運動分析的能力，提升列式的技巧，并鞏固汽車、火車轉(zhuǎn)彎、圓錐擺等水平面內(nèi)圓周問題和蕩秋千、汽車過拱橋、過山車等豎直面內(nèi)圓周運動最高點最低點處的分析方法，從而對力與運動的關(guān)系有進(jìn)一步的認(rèn)識，并理解圓周運動的分析步驟。二、學(xué)生分析：學(xué)生初步具備了以加速度為橋梁的運動和力關(guān)系的知識體系。本節(jié)通過例題分析和練習(xí)使學(xué)生認(rèn)識到牛頓運動規(guī)律也運用于曲線運動，理解分析求解向心力問題的列式技巧和分析步驟。并能理解向心力不是一種特殊的力，在變速圓周運動中向心力不是合力。三、教學(xué)目標(biāo)：（一）知識目標(biāo)：1、知道向心力是物體沿半徑方向的合外力。2、知道向心力、向心加速度的公式也適用于變速圓周運動。3、會在具體問題中分析向心力的來源。（二）能力目標(biāo)：培養(yǎng)學(xué)生的分析能力、綜合能力和推理能力，明確解決實際問題的思路和方法（三）德育目標(biāo)：通過對幾個實例的分析，使學(xué)生明確具體問題必須具體分析四、教學(xué)重點、難點：教學(xué)重點：1、掌握勻速圓周運動的向心力公式及與圓周運動有關(guān)的幾個公式2、能用上述公式解決有關(guān)圓周運動的實例教學(xué)難點：1、理解做勻速圓周運動的物體受到的向心力是由某幾個力的合力提供的，而不是一種特殊的力。2、清楚在變速圓周運動中切線方向上有力才能改變速度大小，在變速圓周運動中向心力并不等于合力。五、教學(xué)方法：講授法、分析歸納法、推理法六、教學(xué)過程：（一）引入新課1、復(fù)習(xí)提問：（1）什么是勻速圓周運動？（2）描述圓周運動的物理量有哪些？它們的定義式和相互關(guān)系式如何？向心力的求解公式有哪幾個？如何求解向心加速度？（3）勻速圓周運動的本質(zhì)是一種什么樣的運動？2、引入：上兩節(jié)我們介紹了圓周運動及描述它的有關(guān)物理量，還介紹了一些常見的實際運動現(xiàn)象，本節(jié)課我們應(yīng)用上述公式來對幾個實際問題進(jìn)行分析。（二）新課1、用課件出示本節(jié)課的學(xué)習(xí)目標(biāo)：①知道向心力是物體沿半徑方向所受的合外力提供的。②知道向心力、向心加速度的公式也適用于變速圓周運動。③會在具體問題中分析向心力的來源，并進(jìn)行有關(guān)計算。2、水平面內(nèi)的圓周運動分析例一、水平面上繞自身軸勻速旋轉(zhuǎn)的圓盤上放置一木塊，木塊相對圓盤靜止，試分析木塊的向心力由什么來提供。例二、試分析在豎直放置光滑圓錐內(nèi)做勻速圓周運動小球所需的向心力由什么提供。（雜技節(jié)目中的飛車走壁現(xiàn)象中的穩(wěn)定狀態(tài)）例三、討論火車轉(zhuǎn)彎時所需向心力。（A）路軌一樣高，車體不傾斜時；（B）路軌外高內(nèi)低，車體傾斜時（1）介紹：火車在平直軌道上勻速行駛時，所受的合力等于0，那么當(dāng)火車轉(zhuǎn)彎時，我們說它做圓周運動，那么是什么力提供火車的向心力呢？（2）用課件分析內(nèi)外軌等高時向心力的來源。a：此時火車車輪受三個力：重力、支持力、外軌對輪緣的彈力。b：外軌對輪緣的彈力提供向心力。c：由于該彈力是由輪緣和外軌的擠壓產(chǎn)生的，且由于火車質(zhì)量很大，故輪緣和外軌間的相互作用力很大，易損害鐵軌。（3）介紹實際的彎道處的情況。a：展示實際的轉(zhuǎn)彎處外軌略高于內(nèi)軌。b：用課件展示此時火車的受力情況，并說明此時火車的支持力FN的方向不再是豎直的，而是斜向彎道的內(nèi)側(cè)。c：進(jìn)一步用課件展示此時火車的受力示意圖，并分析得到：此時支持里與重力的合力提供火車轉(zhuǎn)彎所需的向心力。d：強調(diào)說明：內(nèi)外軌有一定高度差，轉(zhuǎn)彎處要選擇適當(dāng)?shù)男旭偹俣?，使轉(zhuǎn)彎時所需的向心力完全由重力G和支持里FN來提供這樣外軌就不受輪緣的擠壓了。如果>,車有離心趨勢，輪緣對外軌有擠壓，外軌對車輪提供一定彈力補充不足的向心力；如果<,輪緣對內(nèi)軌有擠壓，內(nèi)軌對車輪提供一定彈力抵消過多的向心力。3、討論討論一、：根據(jù)上述例題，我們處理勻速圓周運動問題的一般步驟如何？①明確研究對象，找到圓周平面，確定圓心位置。②進(jìn)行受力分析，畫出受力示意圖。③根據(jù)平行四邊形定則和正交分解法求出在半徑方向上的合力，即向心力的表達(dá)式。④根據(jù)牛頓第二定律和向心加速度公式，并結(jié)合圓周運動特點列式求解問題。說明：以上圓周運動的平面都是在一個水平面的運動，其中飛車走壁、火車在傾斜路軌上拐彎與圓錐擺的受力是完全一致的。例四、小球做圓錐擺時細(xì)繩長L，與豎直方向成θ角，求小球做勻速圓周運動的角速度ω。4、豎直內(nèi)的圓周運動分析：例五、質(zhì)量為m的汽車以恒定的速率v通過半徑均為r的拱橋和凹型地面，如圖所示，求在A點和B點，汽車對路面的壓力分別是多少？解析：a：選汽車為研究對象，汽車在豎直平面內(nèi)的圓周上運動，圓心在下方b：對汽車進(jìn)行受力分析：受到重力和橋?qū)嚨闹С至：上述兩個力的合力提供向心力、且向心力方向向下d：建立關(guān)系式：e:：因支持力與壓力是一對作用力與反作用力，所以且說明：上述過程中汽車做的不是勻速圓周運動，我們?nèi)允褂昧藙蛩賵A周運動的公式，原因是向心力和向心加速度的公式對于變速圓周運動同樣適用。例六、如圖要使小球滑到圓形軌道頂端不掉下來，小球在軌道頂端的最小速度應(yīng)當(dāng)是多大？已知軌道半徑為R。解析：小球在最高點處在豎直內(nèi)面受重力和軌道對它的向下的彈力由等式可看出，由于m、R一定，所以v越小，N就越??；當(dāng)N=0時，小球可具有最小速度為此時，向心力僅由重力來提供。5、討論：討論二、用牛頓第二定律的瞬時對應(yīng)關(guān)系，分析做圓周運動的條件。討論三、豎直內(nèi)的最高點和最低點存在的超失重現(xiàn)象在什么條件下出現(xiàn)？汽車過拱橋在最高點處的最大最小臨界速度大小如何？過山車倒著過頂時的最小臨界速度大小如何？討論四、在豎直內(nèi)的圓周運動中物體的速度大小會變化，說明在切線方向上是否應(yīng)當(dāng)有外力？向心力一定就是物體的合力嗎？（三）鞏固訓(xùn)練1.在一次汽車?yán)愔?，汽車要?jīng)過某半徑為R的圓弧形水平軌道，地面對汽車的最大靜摩擦力為車重的倍，汽車要想安全通過該彎道，那么汽車的行駛速度不應(yīng)大于( ) 答案：D2.火車轉(zhuǎn)彎處的外軌略高于內(nèi)軌，若火車以規(guī)定的車速行駛時，則提供向心力的外力是下列各力中的( )A.外軌對輪的側(cè)向壓力 B.內(nèi)外軌對輪的側(cè)向壓力C.火車的重力 D.重力和內(nèi)外軌對輪支持力的合力答案：D3.質(zhì)量為m的小球在豎直平面內(nèi)的圓形軌道的內(nèi)側(cè)運動，經(jīng)過最高點而不脫離軌道的臨界速度值是v，當(dāng)小球以2v的速度經(jīng)過最高點時，對軌道的壓力值為( )A.0 B.mg C.3mg D.5mg答案：C(點撥：當(dāng)以2v經(jīng)最高點，對小球,由力的相互性，小球?qū)壍缐毫'=F=3mg)（四）小結(jié)1：物體除受到各個作用力外，還受一個向心力嗎？向心力一定等于合力嗎？不能認(rèn)為做勻速圓周運動的物體還要另外受到向心力。只有在勻速圓周運動中向心力才等于合力，變速時在切線方向上還有力改變速度大小。2：用向心力公式求解有關(guān)問題時的解題步驟如何？（1）定對象，找到圓心和半徑（2）受力分析確定向心力（3）列方程（4）解方程，并討論結(jié)果。3：圓周運動軌道平面最常見的有哪兩種？水平面內(nèi)和豎直面兩種，其中豎直面內(nèi)的還分物體在圓周內(nèi)部和外部運動兩種不同情形。4：火車實際中轉(zhuǎn)彎時（傾斜路軌平面），向心力由什么提供？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？在豎直面內(nèi)的最高點不飛出路面時的臨界速度大小為多少？過山車倒過來過頂時最小速度又是多少？（五）作業(yè)見附錄練習(xí)題實例分析水平面內(nèi)：（1）轉(zhuǎn)盤、水平路面轉(zhuǎn)彎、甩水桶等實例分析水平面內(nèi)：（1）轉(zhuǎn)盤、水平路面轉(zhuǎn)彎、甩水桶等（重