6.4 生活中的圆周运动 教学设计-2024-2025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》教学设计

一、教学目标

1、物理观念：

( 1 )知道生活中常见圆周运动，会分析常见圆周运动向心力来源．

 （2）知道离心运动及其产生的原因，知道离心现象的一些应用和可能带来的危害．

（3）进一步理解向心力的概念，明确匀速圆周运动的产生条件，掌握向心力公式的应用．

2、科学思维：通过向心力的实例分析，体会向心力的来源，并能结合具体情况求出相关的物理量。 关注匀速圆周运动在生活生产中的应用。

3、科学探究：通过对几个圆周运动事例的分析，掌握牛顿第二定律分析向心力的方法。

4：科学态度与责任：能够拥有将所学的知识应用于日常生活的意识；培育将科学技术应用于社会实践的意识；积极的探索日常生活中的物理学原理，拥有科技改变生活的认知。

二、教学重点

分析各种模型向心力的来源，会推导实际模型中向心力的表达式。

三、教学难点

各种模型中的向心力推导及临界情况；牛顿第二定律分析向心力的方法；离心现象的应用。

四、教材分析

本节教学内容为圆周运动的理解与应用，课本教材中选取的各有代表性的例子，使得学生在学习和分析的过程中，能够抓住特点：分析铁路弯道水平面上的匀速圆周运动；分析拱形桥和凹形桥竖直面上的非匀速圆周运动；研究航天器中的失重现象与问题，理解离心运动。教材运用丰富多样的实例，使学生能够在分析过程中抓住要点，分析物体所受的力，然后列出方程算式进行解答。

五、学情分析

学生们在学习本节之前已经掌握了圆周运动的运动学物理量，如线速度、角速度、向心加速度、向心力等知识。在本章节的学习过程中，对基础的物理知识已有详

细认知。但学生在学习之前对圆周运动并没有深刻的了解和认识，无法准确的对这一现象进行描述和分析。在这一阶段的学生常常运用惯性思维来进行思考，逻辑思维能力有待提升。学生们对于物理学科特定的分析和研究计算的方式拥有一定的了解，但在具体应用和计算时并不熟练，需要在后期的学习中进一步的锻炼与提升。

六、课型

新授课

七、教学时间分配

两课时，本节为第一课时教学设计。

八、教学准备

教学幻灯片、视频、图片等资源。

九、教学方法

讲授、探究、讨论、练习

十、教学过程

（一）生活实例，新课引入

教师提问：在我们日常生活中，汽车行驶到转弯路面时会有限速标志，雨雪天气时更会强调转弯限速。同学们进行思考，若高速行驶的汽车在弯道时不减速，会出现哪些事故？

学生回答：汽车会冲出路面，导致侧翻，导致严重的交通事故。

教师出示图片：汽车过弯道的限速标志。

结合图片为学生分别展示质点与水平圆周运动模型。

教师提问：汽车在水平路线上转弯时的向心力是由哪个力提供的？

由此引发学生的思考和探索，进而引出教学主要内容。

（二）图例引导，讲授新课

1. 火车转弯

教师出示图片，让学生观察火车轨道的特殊性。首先，通过提问引起学生思考与讨论。

教师提出问题：在平直轨道上匀速行驶的火车，受几个力的作用，这些力的关系又如何？

学生通过讨论总结：火车受重力支持力牵引力及摩擦力的作用，且四个力的合力为零。

教师出示图片：火车转弯、火车轨道、火车轮缘。

教师进一步进行提问：在火车转弯时，情况会有哪些不同？

学生思考共同回答并总结：因火车转弯时实际是在做圆周运动，因此需要向心力。

通过观察火车的轮缘，教师进行归纳：与汽车的轮胎不同，火车的车轮上有着突出的轮缘，那大家想一想，这些轮缘的作用是什么？

学生回答：如图火车在水平轨道上转弯时，外侧车轮的轮缘挤压外轨，外轨对轮缘的弹力是火车转弯所需向心力的主要来源。

教师出示视频：火车转弯过程。

教师结合视频进行讲授总结：是的，轮缘会和轨道发生相互作用，从而提供火车转弯的向心力，那大家想一想，靠这种方式进行转弯，会出现什么问题呢？

学生回答，火车质量较大，如果转弯速度也较大，根据向心力公式，会使铁轨和轮缘之前的弹力较大，过大的挤压作用会使轮胎受损严重，导致火车侧翻。

教师出示图片：火车侧翻。

教师提问：什么样的方式能够解决这一问题？

学生尝试回答：在轨道弯道处调整内外轨道的高低。

教师出示火车外轨略高于内轨的图片，请大家分析车轮受力情况并画示意图。

学生画出示意图并分析：车轮受到的支持力的方向不再是竖直的，而是垂直于内外轨组成的斜面，它与重力的合力指向水平圆周轨道的圆心方向，合外力为火车转弯提供了向心力，这样的方式能够有效减轻轮缘与外轨间的挤压。

教师进一步提问：若斜面轨道倾角为θ，转弯半径r，要使车轮对内外轨都无压力,质量为m的火车运行的速率应该多大?

教师与学生共同推导总结：

  

结合以上结论，教师带领学生进行思考讨论。

教师提问：若火车的速度大于或小于这个值时轨道对轮缘有挤压吗？