《生活中的圓周運(yùn)動》教學(xué)設(shè)計與反思

《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、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θ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θ．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mgtanθ；小物體在水平面中做圓周運(yùn)動，圓半徑為r=Rsinθ，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mgtanθ=mw2Rsinθ，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．解得FN2＝1.0×105N．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，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)2作業(yè)設(shè)計補(bǔ)充習(xí)題第（4）題．點撥①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．②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．③A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①該題中A球分別以lm／s和4m／s的速度越過最低點時，A對桿的作用力的大小、方向又如何？②上面的桿如果換成繩子，A能不能以lm／s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少？③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．汽車通過拱橋的運(yùn)動過程是變速圓周運(yùn)動，只分析車過頂點時的情況（這時汽車受的合外力在一條直線上，