6.4 生活中的圆周运动 教学设计 -2023-2024学年高一下学期物理人教版（2019）必修第二册

生活中的圆周运动 一、教学目标 1.物理观念 (1)能够定性分析火车转弯过程中外轨高于内轨的原因; (2)会用牛顿第二定律分析圆周运动，进一步领会力与惯性对物体运动状态变化所起的作用。 2.科学思维 构建合适的物理情景，让学生切身参与实验，通过对具体现象的分析，体会圆周运动的向心力的来源。 3.科学探究 通过对定性分析、定量计算等方法的了解，体会物理方法的精妙，激发学生对科学的好奇心和求知欲。 4.科学态度与责任 通过对生活中一系列现象的解释，体会科学与生活的零距离接触，感受科学探究的乐趣。 二、教学重难点 教学重点：具体问题中向心力的来源。 教学难点：具体问题中向心力的来源尤其是火车转弯问题。 三、教学分析 本节是圆周运动的应用课，内容丰富。鉴于学生还没有系统的解决过圆周运动问题，为了便于学生的理解和掌握，我把此节内容分为两个课时进行。我将火车转弯和汽车过桥作为第一课时的内容进行讲授。火车转弯是水平面上的匀速圆周运动，而汽车过拱形桥，凹形桥的问题属于竖直面内的非匀速圆周运动。两个例子分别包含了水平面内的和竖直面内的，匀速的和非匀速的圆周运动。通过这两个例子的分析和练习，让学生能够掌握处理圆周运动问题的一般步骤和方法 四、教学过程 一、导入新课 【视频导入】播放西班牙火车弯道脱轨侧翻事故。问题：导致火车侧翻的主要原因？点拨：弯道超速是导致脱轨侧翻的主要原因。过弯道时火车做的圆周运动。 二、新课讲授 （一）铁路的弯道展示火车及火车轨道，引导学生思考，得出结论。 问题1：在平直轨道上匀速行驶的火车受几个力作用？这几个力的合力如何？重力，支持力，牵引力，摩擦力，合力为零。 问题2：如果火车在水平弯道上转弯，合力如何？什么力提供向心力?合外力不为零，找到向心力来源，需要了解车轮与铁轨构造。展示火车车轮与铁轨的构造图片，介绍轮缘，与生活相联系，展示学校大门口的一样构造的车轮。 问题3：水平弯道拐弯受力分析，谁提供的向心力？水平弯道，外轨对轮缘的弹力提供向心力。 提问：这种提供向心力的方法有什么弊端，如何改进或者避免？点拨：重力方向无法改变，可以改变支持力的方向。展示现实生活中铁轨的图片，让学生观察出外高内低的铁轨设计。带领学生一起分析外高内低时铁轨的受力情况(现实生活中，铁路设计师会找到合适 的角度让重力和支持力的合力几乎全部提供向心力)。 问题4：外高内低时向心力多少？此时火车转弯的速度是多少？，定义为转弯的规定速度。 【小组讨论】当速度略大于或者略小于转弯的规定速度时，火车的受力情况有什么改变？当速度略大时，轮缘受到外轨向内的弹力。当速度略小时，轮缘受到内轨向外的弹力。 【物理与生活】1、中国标准动车组“金凤凰”与“蓝海豚”以高达420公里的时速实现了面对面错车，840公里的瞬间相对速度再次震惊世界。如果高铁再次提速，假如你是铁路设计师，你需要改造铁路弯道？如何改造？ 2、展示赛道转弯和公路转弯。 分析现实生活中弯道设计中的物理原理。 （二）汽车过桥展示汽车过桥时的图片和模型。 问题1：汽车通过平桥时，受力情况如何？汽车对桥的压力是多大？ 问题2：质量为m的汽车在拱形桥上以速度v前进，设桥面圆弧半径为R，试画出受力分析图，分析汽车在通过桥的最高点时对桥的压力？汽车对桥的压力小于其所受重力，即处于失重 问题3：汽车过拱形桥时，运动速度变大，车对凸桥的压力如何变化？速度变大支持力变小。当FN=0时，汽车脱离桥面，做平抛运动。 汽车及其中的物体处于完全失重状态。提问：此时汽车的速度为多少？ 【小组讨论】质量为m的汽车在凹形桥上以速度v前进，设桥面圆弧半径为R，试画出受力分析图，分析汽车在通过桥的最低点时对桥的压力？汽车对桥的压力大于其所受重力，即处于超重。提问：若汽车通过凹桥的速度增大，会出现什么情况？桥承受的压力大，容易受损，天气炎热时，汽车容易爆胎。 【拓展应用】1、汽车有没有可能通过如图所示的桥面？ 【实验】“水流星”实验 【小组讨论】假设圆周运动半径为R，速度至少为多大，水和车能够顺利通过最高点而不落下？ 【想一想】汽车不在桥的最高点或者最低点时，还能用上面的方法求解吗？为什么？向心力由支持力与重力半径方向的分力的合力提供，不能用上面的方法求解。 三、课堂小结 一、铁路的弯道——水平面的圆周运动 1、轮缘受到外轨向内的弹力 2、轮缘受到内轨向外的弹力 二、汽车过桥——竖直面的圆周运动 、1、拱形桥2、水平桥3、凹形桥 四、板书设计： 生活中的圆周运动 1、 火车转弯 2、 拱形桥 学科网（北京）股份有限公司 $$