2023届高考物理二轮复习教学设计：竖直平面圆周运动的临界问题

圆周运动中的临界问题 一、教学目标： 1. 学会分析物体在竖直平面内做圆周运动向心力的来源 2. 学会分析生活中竖直平面内的圆周运动的临界问题 3.掌握通过实例去建立物理模型，然后通过物理模型分析并解决实际问题的方法 4.体会物理在生活的实际应用，感受物理源自生活，应用于生活。 二、教学重难点 1.教学重点：通过受力分析，得到模型的临界速度 2.教学难点：通过受力分析，得到临界速度；反过来通过速度大小，分析物体受力情况 三、教学过程 1.导入 教师活动：播放过山车的视频，展现相关图片。 问题1：假如没有安全带，过山车通过最高点的时候，人会掉下来吗？ 2.新课教学 教师活动：演示圆周轨道球实验，为轨道模型铺垫 （1）圆周轨道球模型。模型介绍，受力分析，小球在圆周轨道最高点受到重力，可能支持力。 演示一：在模型轨道上较低处（标志为A 点）自由释放小球，小球不能顺利通过过山车中圆周最高点； 演示二：在轨道上比A点稍微高一点（标志为B点）的地方自由释放小球，小球还是不能顺利通过圆周轨道圆周最高点； 演示三：继续提高小球自由释放的高度，小球顺利通过圆周最高点。 问题2：通过实验，我们发现，小球并不是在任何一点自由释放都能顺利通过圆周轨道最高点的。自由释放的位置高，小球下落获得的速度就大，小球通过圆周最高点的速度要大到一定程度才能顺利通过圆周轨道。 教师活动：问题3，小球能顺利通过圆周最高点的速度至少要多大？我们知道，运动和力是有密切关系的，要解决这个问题，我们先对圆周轨道上的小球进行受力分析。 引导学生对小球进行受力分析。 学生活动：对小球进行受力分析。 教师活动：总结受力分析结论，小球在圆周最高点处需要的最小向心力等于重力mg，此时只有重力提供向心力，线速度最小。跟根据mg=mv2/r得 V= 得出结论：做轨道圆周运动的物体，在圆周最高点的最小速度为v= 。如果速度V= ，小球刚好能通过最高点，由重力提供向心力；当V ＜ 时，则不能通过圆周最高点；如果V＞ 时，则在最高点处，轨道对小球有向下的压力，压力和重力的合力提供向心力。 学生活动：跟着老师思路，对小球进行受力分析，思考理解 教师活动：引入绳球模型，演示绳球圆周运动。 学生活动：观察演示实验 教师活动：讲解演示实验，进行模型介绍，引导学生对小球的受力情况展开讨论。 问题：小球有没有可能在满足某些条件的时候，绳子对小球的拉力为0？ 学生活动：可能，只要有足够的外力提供小球做圆周运动的向心力就可以了。 教师活动：回忆刚才的轨道模型，我们发现小球在最高点时，如果速度刚V= 时，此时完全只由重力提供向心力，轨道对小球没有压力。类比，如果现在的绳球模型中，小球在最高点的时候，同样速度V= 时，此时需要的向心力刚好完全由重力提供，所以此时绳子对小球没有拉力。 教师活动：进行模型小结，PPT展现总结的结论。 学生活动：认真做好笔记 教师活动：例题讲解 教师活动：轨道球和绳球模型，小球在竖直面最高点无物体支撑，在最高点速度≥ 时，才能通过圆周最高点。 杆球模型： 教师活动：图片展现杆球模型，进行模型介绍，受力分析，小球位于圆周最高点时，肯定受到重力，轻杆对小球可能有拉力，可能有支持力，也可能没有力。 分类分析：当小球在最高点速度V= 时，重力完全提供向心力，杆对小球没有力的作用；当小球最高点速度V＞ 时，重力不足以提供小球需要的向心力，杆对小球有拉力；当小球最高点速度V＜ 时，重力大于小球需要的向心力，此时杆对小球有竖直向上的支持力。 教师活动：例题讲解分析（PPT展现例题） 四、小结（PPT形式展现） 五．板书设计： 1.轨道球，绳球模型 特点：小球无向上支持力。在最高点由重力和向下的弹力或拉力的合力提供向心力 最高点临界速度：V= ，F合=mg 最高点V≥ ， mg+F=mv2/r 2.杆球,管道球模型 特点：小球可以有向上支持力。在最高点由重力和向上或者向下的弹力的合力提供向心力 最高点临界速度：V=0，F合=0 最高点0＜V＜ 时,mg-FN= mv2/r 最高点 ＜ V时，mg-FN= mv2/r 六、教学反思： 1.向心力的概念比较抽象，注意强调解释向心力属于效果力，可以是一个力，几个力的合力或者一个力的分力提供这样的一个效果，让物体绕着圆心做匀速圆周运动。向心力是力的一种效果，并不是客观存在的力。 2.竖直方向圆周运动，现实生活中的应用比较广， 教师应该注意收集学生身边的实际教学资源，多联系实际，提高学生的学习兴趣，以取得更好的教学想效果。 3.关于合外力提供向心力的受力模型，受力分析，求合力，列牛顿第二定律三个环节都非常重要，