沪科版（上海）物理高一第二学期（试用版）-第四章 A 《匀速圆周运动的实例分析》 教案

《匀速圆周运动的实例分析》教学设计

知识目标：1、知道向心力是物体沿半径方向的合外力。

2、会在具体问题中分析向心力的来源。

3、知道向心力、向心加速度的公式也适用于变速圆周运动，会求变速运动中物体在特殊点的向心力和向心加速度。

能力目标：培养学生的分析能力、综合能力和推理能力，明确解决实际问题的思路和方法

德育目标：通过对几个实例的分析，使学生明确具体问题必须具体分析，培养学生知识迁移能力。

教学重点：1、掌握匀速圆周运动的向心力公式及与圆周运动有关的几个公式

2、能用上述公式解决有关圆周运动的实例

教学难点：1、理解做匀速圆周运动的物体受到的向心力是由某几个力的合力提供的，而不是一种特殊的力。

          2、关于临界问题的讨论与分析。

解决办法：讲授法、分析归纳法、推理法

教    具：

教学过程设计：

一、新课导入

1、复习提问：

（1）向心力的求解公式有哪几个？

（2）如何求解向心加速度？

2、引入：学以致用是学习的最终目的，本节课我们通过几个具体实例来深入理解相关知识点并学会应用。

二、新课教学

1：关于向心力的来源。

（1）介绍：分析和解决匀速圆周运动的问题，首先是要把向心力的来源搞清楚。

【说明】a：向心力是按效果命名的力；

b：任何一个力或几个力的合力只要它的作用效果是使物体产生向心加速度（只改变物体的速度方向，不改变速度大小），它就是物体所受的向心力；

c：向心力不是物体额外受到的力，它是物体受到所有力的合力。分析物体受力时，没有向心力。

2．简介运用向心力公式的解题步骤：

（1）明确研究对象，明确哪个物体做圆周运动

（2）确定物体做圆周运动的轨道平面，找到圆心和半径。

（3）确定研究对象在某个位置所处的状态，进行具体的受力分析，判断哪些力提供了向心力。

（4）建立以向心方向为正方向的坐标，据向心力公式列方程。

（5）解方程，对结果进行必要的讨论。

3、实例1：火车转弯

【问题1】火车在平直轨道上匀速行驶时，所受的合力等于0，当火车转弯时，我们说它做圆周运动，那么是什么力提供向心力？

【联想】当火车转弯时，里面的乘客有什么反应？

            如果转弯处的内外轨道一样高，火车受到重力、支持力、弹力。外侧车轮的轮缘挤压外轨，使外轨发生形变，产生弹力，外轨对轮缘的弹力就是使火车转弯的向心力。

【问题2】如果内外轨一样高，火车转弯时，铁轨与轮缘间的挤压使铁轨受到很大的损伤，如何减轻，我们常见的铁轨外侧高于内侧，为什么？

【学生结合知识点设计方案】

              内外轨不一样高，铁轨对火车的支持力不再是竖直的，而是斜向轨道内侧，它和重力的合力指向圆心，从而减轻铁轨与轮缘间的挤压。

【问题3】为了使轨道不受损伤（挤压完全消失），火车转弯时所需的向心力完全由重力和支持力提供，这时对火车的速度有什么要求？

转弯处要选择内外轨适当的高度差，使转弯时所需的向心力完全由重力G和支持里FN来提供这样外轨就不受轮缘的挤压了。

【定量分析】如图所示：设车轨间距为L，两轨高度差为h，转弯半径为R，质量为M的火车运行。

      据三角形边角关系

      对火车的受力情况（重力和支持力的合力提供向心力，对内外轨都无挤压）

      又因为α很小，所以

      综合有     故      又    所以

【讨论】在实际中的意义，若速度过大或过小，发生什么情况？

对于已修好的铁路，h、R、L一定，g一定，所以火车转弯时的车速一定。