3.3 离心现象（一）教学设计-2024-2025学年高一下学期物理鲁科版（2019）必修第二册

§3.3 　离心现象（一） （水平面、竖直面内的圆周运动） 一、教学目标与核心素养： 1、物理观念 会分析水平和竖直面内的匀速圆周运动问题。 2、科学思维 ①能分析小球通过竖直圆环最低点和最高点时的向心力； ②知道小球能通过最高点的条件。 3、科学探究 通过对匀速圆周运动的实例分析，渗透理论联系实际的观点，提高学生分析和解决问题的能力。 4、科学态度与责任 认识到生活中的物理问题可以用所学知识解决，科学与生活紧密联系，且对社会的发展有很深的影响。 二、教学重点 ①理解向心力是一种效果力。 　②在具体问题中能找到向心力，并结合牛顿运动定律求解有关问题。 　③具体问题中向心力的来源。 三、教学难点 向心力的实例分析，对车辆转弯、竖直面内的圆周运动问题的求解。 四、教学方法： 　　讨论、合作探究 五、课时安排： 　　三课时 六、教学仪器： 　　多媒体课件、小视频 七、教学环节： （一）引入新课： 思考：为什么在拐弯处容易发生事故？ 应该如何避免这种事件的发生？ 提供物体做 圆周运动的力 物体做圆周运动 所需的力 物体作圆周运动的条件 从“供”“需”两方面研究生活中做圆周运动的物体 “供需”平衡 物体做圆周运动 由物体受力 情况决定 由物体运动 情况决定 （二）新课教学： 一、车辆转弯时所需的向心力 1、汽车在水平路面转弯 教师提问：汽车在水平公路上拐弯时，做圆周运动的向心力是由什么力提供的呢? 学生思考后可以得到：此时的向心力是由静摩擦力提供。 汽车在水平路面上转弯所需要的向心力来源： 汽车侧向所受的静摩擦力。 即： 教师：因为静摩擦力有一个最大值，即最大静摩擦，如果汽车转弯时速度过大，那么它做圆周运动所需要的向心力就会超过最大静摩擦(即摩擦力不足以提供向心力)，这时汽车将怎么运动? 学生思考与讨论后可以得出：此时汽车将向弯道外侧滑行，就会冲出弯道。 教师：汽车冲出路面，就会造成很多交通事故，对他人和自身的生命财产安全造成不可估量的损失，所以同学们以后骑车或是开车的时候一定不能超速行驶。 小结：当时，供＝需，汽车做匀速圆周运动。 当时，供<需，汽车将发生侧滑现象。 2、火车转弯 思考：火车转弯时是做圆周运动，什么力提供向心力？ （1） 内外轨道一样高 火车水平转弯时情况分析：由外侧轨道对车轮轮缘的挤压力F提供向心力F向 思考：靠这种办法得到的向心力缺点是什么？如何解决这一实际问题？ 该弹力是由轮缘和外轨的挤压产生的，由于火车质量很大，故轮缘和外轨间的相互作用力很大，容易损坏铁轨. （2）外轨高于内轨 火车转弯所需向心力的方向是在水平方向上还是在与斜面平行的方向上?（水平方向上） 思考：轨道对轮缘无挤压，此时火车的速度为多大？ 师生共同分析后，得出： 火车转弯的安全速度 思考：若火车的速度大于或小于这个值时，轨道对轮缘有挤压吗？ ①当 时，轮缘受到外轨向内的挤压力，外轨易损坏。 ②当 时，轮缘受到内轨向外的挤压力，内轨易损坏。 例1： 公路弯道的设计 赛道的设计 共同特点：都是处高内低。 例2：播放赛车视频，让学生更进一上理解“内低外高”的原理。 3、飞机转弯 飞行中的飞机要改变飞行方向时，飞机的机身也要倾斜。与车辆不同的是，飞机转弯时所需的向心力由重力和空气对它的作用力的合力提供。 二、竖直平面内的圆周运动分析 思考：为什么桥的外形都是凸起的而没有凹陷的？这样的设计跟向心力又有怎么样的关系呢？N mg 1. 汽车通过平桥时，对桥面的压力多大？ 解：对汽车mg与N二力平衡，N＝mg 由牛顿第三定律得： 汽车通过平桥时，对桥面的压力F压＝N＝mg 2. 一辆质量为m的汽车，当它以速度v通过半径为r 的拱桥最高点时，对拱桥的压力多大？ 解：mg和N的合力提供汽车做圆周运动的向心力，N mg 由牛顿第二定律得： 由牛顿第三定律得： ∴汽车对拱桥的压力为： （FN ＜mg，失重状态 ） 可见汽车的速度越大对桥的压力越小。 当时汽车对桥的压力为零。（临界速度） 思考：当v大于v0时，汽车做什么运动？———— 汽车脱离桥面，做平抛运动。 3. 一辆质量为m的汽车，当它以速度v通过半径为r 的凹形桥最低点时，对桥面的压力多大？N mg 解：mg和N的合力提供汽车做圆周运动的向心力， 由牛顿第二定律得： 由牛顿第三定律得： ∴汽车对拱桥的压力为： （FN >mg，超重状态 ） 可见汽车的速度越大对桥的压力越大。 思考：如果汽车通过凹桥的速度增大，会出现什么情况？ 学生：速度越大，压力越大，可能会爆胎。 教师：我们的路面并不是完全的平直的，很多看上去很平的路面其实也会有突出或是凹陷的地方，就相当于很多拱形桥或凹形桥，如果同学人骑车速度过大，那么我们的车很可能就会离开地面，不受控制，很容易撞伤或是撞死自己和别人，对我们的生命财产安全带来极大地威胁，所以我们一定要遵守交通法律法规，不能超速行驶。 练一练 1. 一辆卡车在丘陵地匀速率行驶，地形如图所示，由于轮胎太旧，途中爆胎，爆胎可能性最大的地段应是( D )a b c d A. a处  B. b处   C. c处    D. d处 2、如图所示，汽车以一定的速度经过一个圆弧形桥面的顶点时，关于汽车的受力及汽车对桥面的压力情况，以下说法正确的是 ( B C ) A. 在竖直方向汽车受到三个力：重力、桥面的支持力和向心力 B. 在竖直方向汽车只受两个力：重力和桥面的支持力 C. 汽车对桥面的压力小于汽车的重力 D. 汽车对桥面的压力大于汽车的重力 思考：过山车为什么在最高点也不会掉下来? 播放视频。 ⑴轻绳和外轨模型（最高点） 最高点： 当N＝0时： 则： 讨论： ①当时， ②当　时， ③当时，小球偏离原运动轨迹，不能通过最高点 小结：轨道提供压力，绳子提供拉力。 播放“小球模拟过山车”视频。 ⑵轻杆和双轨模型（最高点） 能过最高点的临界条件：当 时， ①当速度 时，杆对小球是拉力；外轨对小球有向下的压力。 ②当速度 时，杆对小球是支持力；内轨对小球有向上的支持力。 ③当速度 时，杆和轨道对小球没有作用力。 小结：杆既可以提供拉力，也可以提供支持力。 （三）本节小结： 物理情景 图示 在最高点的临界特点 做圆周运动条件 细绳拉着小球在竖直平面内运动 T=0 在最高点时速度应不小于 小球在竖直放置的光滑圆环内侧运动 N=0 在最高点时速度应不小于 小球固定在轻杆上在竖直面内运动 v>0 F向>0 F向＝N＋mg 或F向＝mg－N 在最高点速度应大于0 小球在竖直放置的光滑管中运动 v>0 F向>0 F向＝N＋mg 或F向＝mg－N 在最高点速度应大于0 （四）课堂练习： 1、如图所示，长为L的细线一端固定，另一端系一质量为m的小球。小球在竖直平面内摆动，通过最低点时的速度大小为v，则此时细线对小球拉力的大小为（ D ） A．mg B． C． D． 2、把盛水的小水桶拴在长为l的绳子的一端，使这个小水桶在竖直平面内做圆周运动，要使水在小水桶转到最高点时不从桶里流出来，这时水桶转动的角速度至少应该是（ C ） A． B． C． D． 3、如图，轻质细杆的一端与小球相连，可绕过O点的水平轴自由转动，现给小球一初速度，使它在竖直平面内做圆周运动，图中a、b分别表示小球轨道的最低点和最高点。则杆对球的作用力可能是( A B ) A．a处为拉力，b处为拉力 B．a处为拉力，b处为压力 C．a处为压力，b处为拉力 D．a处为压力，b处为压力 （五）课外作业： 　　　P79　　3、4、5、6 （六）板书设计： 　　　　　　　　　　§3.3　离心现象 　　　　　　　 外轨高于内轨：重力和支持力的合力提供向心力 一、火车转弯　　 　　　　　　　 　　　　　　　 　　 过凸形桥的最高点：， 　 过凹形桥的最低点：， 二、竖直面内的圆周运动 轻绳和外轨模型（最高点）：， 当 时， 轻杆和双轨模型（最高点） 当 时， 当 时， 七、课堂教学反思： 离心现象－1 学科网（北京）股份有限公司 $$