6.4.1生活中的圆周运动：课时1：汽车过拱形桥及火车转弯 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 - 4. 生活中的圆周运动 教学内容分析 本节内容是在讲解圆周运动的基础上，通过生活中的实例，如汽车过拱形桥和火车转弯，来进一步理解和掌握圆周运动的相关知识。首先，我们会通过火车转弯的例子，分析火车在转弯时的受力情况，理解向心力的来源和作用。然后，我们会通过汽车过拱形桥的例子，分析汽车在拱形桥上的受力情况，理解向心力的大小与速度的关系。通过这两个实例，学生可以更直观地理解圆周运动的物理原理，提高他们的物理素养。 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力和运动的基本知识，包括牛顿第二定律、向心力的概念以及圆周运动的基本规律。此外，学生还需要了解汽车和火车的基本构造和运行原理，以便更好地理解和分析汽车过拱形桥和火车转弯的问题。 本节知识点 本节课程主要讲解汽车过拱形桥和火车转弯的物理原理。首先，我们将通过实例分析汽车过拱形桥时的受力情况，理解汽车对桥的压力与汽车速度和桥的半径的关系。然后，我们将探讨火车转弯时的受力情况，理解火车转弯时的向心力来源以及铁路弯道的设计原理。 学生发展水平 根据以往的教学经验，大部分学生对力和运动的基本知识有一定的理解，但对于圆周运动的深入理解和应用还存在一些困难。因此，本节课程需要重点引导学生理解和掌握圆周运动的物理原理，通过实例分析帮助学生将理论知识应用到实际问题中。同时，教师还需要注意培养学生的实验能力和探究精神，鼓励学生通过实验和探究活动深入理解和掌握知识。 教学目标 物理观念 1. 理解火车转弯时向心力的来源及其对铁路设计的影响。 2. 理解向心力的效果命名及其在实际应用中的重要性。 3. 理解倾斜路面对车辆转弯时向心力的影响。 4. 理解向心力的计算方法及其对桥梁设计的影响。 5. 理解速度对汽车对桥压力的影响。 6. 理解向心力在不同运动状态下的变化。 7. 理解速度对支持力的影响及其极端情况的物理意义。 科学思维 1. 通过观察铁路弯道内外轨道高度不同的现象，理解火车转弯时向心力的来源及其对铁路设计的影响。 2. 通过分析火车车轮轮缘与外轨的相互作用，理解向心力的效果命名及其在实际应用中的重要性。 3. 通过讨论高速公路转弯处和自行车赛道的设计，理解倾斜路面对车辆转弯时向心力的影响。 4. 通过分析汽车过拱形桥时的受力情况，理解向心力的计算方法及其对桥梁设计的影响。 5. 通过计算汽车在拱形桥最高点时的支持力，理解速度对汽车对桥压力的影响，并预测极端情况下的现象。 6. 通过分析汽车通过凹形路面时的受力情况，理解向心力在不同运动状态下的变化。 7. 通过将地球视作巨大的拱形桥，分析汽车在地面上行驶时的受力情况，理解速度对支持力的影响及其极端情况的物理意义。 科学探究 1. 通过观察铁路弯道内外轨道高度不同的现象，理解火车转弯时向心力的来源及其对铁路设计的影响。 2. 通过分析火车车轮轮缘与外轨的相互作用，理解向心力的效果命名及其在实际应用中的重要性。 3. 通过讨论高速公路转弯处和自行车赛道的设计，理解倾斜路面对车辆转弯时向心力的影响。 4. 通过分析汽车过拱形桥时的受力情况，理解向心力的计算方法及其对桥梁设计的影响。 5. 通过计算汽车在拱形桥最高点时的支持力，理解速度对汽车对桥压力的影响，并预测极端情况下的现象。 6. 通过分析汽车通过凹形路面时的受力情况，理解向心力在不同运动状态下的变化。 7. 通过将地球视作巨大的拱形桥，分析汽车在地面上行驶时的受力情况，理解速度对支持力的影响及其极端情况的物理意义。 科学态度与责任 1. 通过思考驾驶员在极端速度下的感受，培养学生对物理现象的直观理解和科学态度。 教学重难点 1.重点 火车转弯和汽车过拱形桥的分析方法。 2.难点 火车转弯和汽车过拱形桥的分析方法。 教学过程 一、情境创设，课程导入（5min） 1.引入新课 师：同学们，前几节我们学习了圆周运动的有关知识，这些知识有什么用途呢？物理的知识，“从生活中来，到生活中去”。这节课我们来探讨一下生活中有哪些应用了圆周运动的有关知识。请大家看屏幕上的学习目标。 （播放本节课的学习目标） 2.生活实例引入 师：你们骑自行车是否有过这样的体验，直行时很平稳，当突然转弯时容易打滑甚至摔跤。汽车在转弯时如果速度过快也容易打滑甚至翻车。我们来看一个视频。 （播放视频：汽车转弯） 二、分析问题，明确目标（10min） 1.车子转弯打滑原因 师：为什么车子在转弯时容易打滑呢？怎么才能不打滑呢？ 师：我们学校门前的马路是一个转弯的地方，同学们有没有注意到它形状——向一侧倾斜。汽车、自行车赛道也是这样。我们来看一些图片。 （播放汽车、自行车赛道图片） 生：观察图片，思考问题。 2.赛道设计 师：为什么汽车、自行车赛道、公路的弯道要设计成向内倾斜呢？ 生：思考并讨论。 师：汽车转弯时路面向内侧倾斜，火车转弯时内外铁轨是否一样高呢？ 生：思考并讨论。 师：我们来看一个视频。 （播放视频：火车转弯） 三、动手实践，探究新知（20min） 1.火车转弯 师：从视频中我们看到，火车转弯时，内外铁轨是不一样高的。假如火车转弯时，内外铁轨是一样高，转弯的向心力是哪个提供的？它有什么危害？ 生：思考、讨论并回答。 师：我们再来看一个视频。 （播放视频：火车直道行驶） 师：结合视频，拿轨道小车示范讲解。 2.向心力的提供 师：外轨对轮缘的水平弹力提供火车转弯的向心力。由于火车的质量太大，轮缘与外轨间的相互作用力太大，铁轨和车轮极易受损，易造成严重事故。怎么才能使得火车的轮缘与外轨间在转弯时不产生相互作用力呢？ 生：思考、讨论并回答。 师：我们来看一个视频。 （播放视频：火车转弯时的向心力） 师：联想公路的弯道，把外轨垫高，由重力和支持力的合力提供向心力，这样就可以减少外轨与轮缘之间的挤压。在修筑铁路时，要根据弯道的半径和规定的行驶速度，适当选择外轨的高度差，使转弯时所需的向心力几乎完全由重力 G 和支持力 FN的合力来提供。 四、课堂总结，建构概念（5min） 1.总结回顾 师：同学们，今天我们学习了火车转弯时外轨高于内轨的原因。现在我们回到开头时提出的问题，骑自行车时突然转弯容易摔跤；赛道向内侧倾斜的原因。如果汽车转弯时路面是水平的，转弯时向心力是哪个提供的？车速过快会有什么危害？ 生：思考并回答。 师：转弯所要的向心力也增大，静摩擦力增大。当超过最大静摩擦力时，车子发生滑动，严重地会造成车子侧翻。同时，由于静摩擦力增大，车轮和路面间相互作用增大，车轮和路面都容易受损。所以，为了减少这种危害，在设计弯道时将路面向内侧倾斜，由车子的重力和路面的支持力提供向心力。 五、知识巩固，迁移应用（5min） 1.巩固练习 师：为了防止汽车在水平路面上转弯时出现“打滑”的现象，可以( ) A．增大汽车转弯时的速度 B．减小汽车转弯时的速度 C．增大汽车与路面间的摩擦 D．减小汽车与路面间的摩擦 生：思考并回答。 2.课后作业 师：同学们，今天的课我们就上到这里，课后请完成作业： 1. 阅读教材相关内容，复习今天所学知识。 2. 完成课后练习题。 生：记录作业内容。 教学准备 教材、课件、视频素材（汽车转弯、汽车、自行车赛道图片、火车转弯、火车直道行驶、火车转弯时的向心力）、轨道小车。 学科网（北京）股份有限公司 $$