6.2.2向心力：课时2：变速圆周运动和一般曲线运动的受力特点 教学设计 -2024-2025学年高一下学期物理人教版（2019）必修第二册

【高中 - 物理 - 人教版（2019） - 必修 第二册 教案设计】 第六章 圆周运动 - 2. 向心力 教学内容分析 本节内容是在讲解圆周运动的基础上，进一步深入探讨变速圆周运动和一般曲线运动的受力特点。首先，我们会通过观察运动员掷链球的动作，结合手握绳子使沙袋加速旋转的体验，引导学生理解在变速圆周运动中，物体所受的力并不严格指向运动的中心。然后，我们会通过图示和分解力的方法，帮助学生理解物体在变速圆周运动时的受力情况，包括切线向心力和线速度变化的力。最后，我们会引导学生思考和讨论当物体做圆周运动的速度逐渐减小时，物体所受合力的方向与速度方向的夹角是大于90°还是小于90°的问题。此外，我们还会通过练习和应用，让学生掌握一般曲线运动的研究方法，以及如何分析质点在曲线上的运动。 学情分析 前置知识点 在学习本节课程之前，学生应已经掌握了关于圆周运动的基本概念，包括圆周运动的定义、特点以及相关的物理公式。此外，学生还需要理解力的概念，包括力的分类、力的作用效果以及力的合成与分解等基础知识。 本节知识点 本节课程主要讲解变速圆周运动和一般曲线运动的受力特点。首先，学生需要理解在变速圆周运动中，物体所受的力并不严格指向运动的中心，而是可以分解为两个相互垂直的分力：跟圆周相切的分力和指向圆心的分力。其次，学生需要掌握一般曲线运动的研究方法，即将曲线分割为许多很短的小段，质点在每小段的运动都可以看作圆周运动的一部分。 学生发展水平 根据以往的教学经验，高中阶段的学生对于物理的抽象概念理解能力较强，但对于复杂的受力分析和运动规律的理解可能存在一定的困难。因此，本节课程需要通过具体的实例和图示，帮助学生理解和掌握变速圆周运动和一般曲线运动的受力特点。 教学目标 物理观念 1. 通过观察运动员掷链球的动作和手握绳子使沙袋加速转动的体会，理解变速圆周运动中物体所受的力的方向不严格指向运动轨迹的圆心。 2. 通过图6.2-5的分析，学会将做圆周运动的物体所受的力分解为两个相互垂直的分力，并理解这些分力的作用。 科学思维 1. 通过思考与讨论，理解当物体做圆周运动的线速度逐渐减小时，物体所受合力的方向与速度方向的夹角变化情况。 2. 通过对变速圆周运动和一般曲线运动的受力特点的学习，培养学生分析问题和解决问题的能力。 科学探究 1. 通过图6.2-6的分析，掌握一般曲线运动的研究方法，即将曲线分割为许多很短的小段，并将每小段的运动看作圆周运动的一部分。 科学态度与责任 1. 通过对实际运动现象的观察和分析，培养学生严谨的科学态度和责任感。 教学重难点 重点 变速圆周运动和一般曲线运动的受力特点 难点 一般曲线运动的受力特点 教学过程 一、导入新课（5min） 师：同学们，今天我们来学习变速圆周运动和一般曲线运动的受力特点。首先，我们回顾一下匀速圆周运动。请大家思考，为什么物体能够做匀速圆周运动？ 生：因为有向心力。 师：很好，那么向心力是由什么提供的呢？ 生：是由合外力提供的。 师：对，透过不同物体做不同形式的匀速圆周运动这一现象，我们会发现，都是合外力提供了它做匀速圆周运动所需的向心力。因此，寻找向心力的来源是分析和解决问题的关键所在。解题的一般步骤为：确定研究对象，对物体进行受力分析并确定它所受的合外力，然后列等式解题。 二、讲授新课（25min） 1.火车拐弯的向心力 师：同学们，火车在拐弯时，向心力是由什么提供的呢？请大家思考。 师：如果火车转弯处内外轨无高度差，火车行驶到此处时，由于惯性的缘故，会造成外轨内侧与火车外轮的轮缘相互挤压现象，使火车受到外轨内侧的侧压力作用，迫使火车转弯做圆周运动。但是这个侧压力的反作用力，作用在外轨上会对外轨产生极大的破坏作用，甚至会引起外轨变形，造成翻车事故。那么，火车转弯的向心力并不是侧压力提供的，那么是什么力作为向心力的呢？ 生：是支持力。 师：对，在转弯处使外轨略高于内轨，火车驶过转弯处时，铁轨对火车的支持力的方向不再是竖直的，而是斜向弯道内侧，它与重力的合力指向圆心，成为使火车转弯的向心力。 2.汽车转弯的向心力 师：接下来，我们来看汽车转弯时的向心力来源。设汽车转弯时的规定速度为v，在水平方向上由牛顿第二定律得： 师：当汽车超过规定速度时，由于惯性，汽车有离心倾向，这时，地面对汽车有沿斜面向下的摩擦力，使汽车需要的向心力增大。同时，内轮受到的支持力减小。若摩擦力可以足够大，则当支持力为零时，汽车向外倾倒。若需要的向心力超过最大静摩擦力时，汽车向外滑动。当汽车达不到规定的速度时，汽车有向下滑的倾向，地面对车轮有沿斜面向上的摩擦力，同时，内轮受到的压力增大。对于由重力和弹力的合力提供向心力的这一类题型的问题，首先要确定物体做圆周运动的轨迹平面，确定出向心力的方向，沿此方向进行正交分解，根据牛顿第二定律列方程求解即可。 三、巩固新课（10min） 1.竖直平面内圆周运动的临界条件 师：在竖直平面内圆周运动能经过最高点的临界条件是什么呢？请大家思考。 师：用绳系小球或小球沿轨道内侧运动，恰能经最高点时，速度为零。 2.汽车过拱桥或凹桥 师：接下来，我们来看汽车过拱桥或凹桥的情况。以汽车为研究对象，它经拱桥最高点或凹桥最低点的受力情况如下： 师：汽车对桥面压力小于汽车的重力，汽车对桥面压力大于汽车的重力。 四、课堂总结（5min） 师：今天我们学习了变速圆周运动和一般曲线运动的受力特点。解决圆周运动问题的关键在于找出向心力的来源。希望大家在课后能够多加练习，巩固所学知识。 教学准备 教材、课件。 学科网（北京）股份有限公司 $$