6.4 生活中的圆周运动 教学设计 -2026-2027学年高一下学期物理人教版必修第二册

该高中物理教学设计聚焦生活中的圆周运动，涵盖火车转弯、汽车过拱桥、离心运动等核心知识点。通过火车弯道外轨高于内轨的情境导入，引导学生用已学向心力知识思考设计原理，搭建从理论到实际应用的学习支架。 本资料以核心素养为特色，物理观念上帮助学生建立圆周运动与受力分析的联系，科学思维上通过火车转弯模型建构和临界速度讨论培养分析能力，科学态度与责任上结合离心运动应用与防止渗透安全教育。助力学生深化知识理解，帮助教师高效突破重难点。

教学设计 课程名称 生活中的圆周运动 教师姓名 授课时长 40分钟 知识点来源 学科：物理　　年级：高一　　教材版本：人教版（2019）必修第二册 课题：第六章　圆周运动　第4节　生活中的圆周运动 知识点描述 火车转弯：弯道处外轨略高于内轨，火车转弯所需向心力主要由支持力与重力的合力提供；。 速度与轨道：火车以规定速度转弯时轮缘与内外轨均无侧向挤压；速度过大时外轨对轮缘产生侧向压力，过小时内轨受挤压。 汽车过拱桥（凸形桥）：在最高点 ，，汽车处于失重状态；时。 汽车过凹形路面：在最低点 ，，汽车处于超重状态。 离心运动：当提供向心力的力消失或不足时，物体将沿切线飞出或逐渐远离圆心，这种现象叫离心运动。 离心运动的应用与防止：洗衣机脱水、离心分离器利用离心运动；汽车转弯限速、砂轮转速限制防止离心危害。 教学目标（指向核心素养） 一、物理观念 1.理解火车转弯、汽车过桥等情境中向心力的来源，建立用牛顿第二定律分析圆周运动的观念。 2.认识超重、失重现象与离心运动，能解释生活中的相关现象。 二、科学思维 1.能对转弯、过桥等模型正确受力分析，沿半径方向列向心力方程并讨论临界情况。 2.学会建立“竖直面内最高点、最低点”等物理模型，发展模型建构与临界分析能力。 三、科学探究 1.通过观察铁路弯道、拱桥等提出“为什么这样设计”的问题，用向心力知识定量解释。 2.通过水流星（或模拟）等体验性活动观察临界现象，记录现象并用规律解释。 四、科学态度与责任 1.认识离心运动的利与弊，增强安全驾驶、安全操作机器的责任意识。 2.体会物理规律对工程设计（铁路弯道、桥梁）的指导价值，关注科学技术与社会的关系。 教学重点 用向心力公式分析火车转弯与汽车过桥问题；离心运动的条件、应用与防止。 教学难点 把生活情境转化为“做圆周运动的物体”模型并进行正确受力分析；理解火车转弯的设计速度与轮缘挤压关系。 适用对象 高一年级学生（人教版2019·必修第二册） 课型 （注：可选择如下选项，也可以补充填写） √新授课　□复习课　□习题课　□实验课　□其他 教学用途 （注：可选择如下选项，也可以补充填写） √课堂教学　□课前预习　□课后复习　□其他 设计思路 教材与学情：学生已掌握向心力公式与分析方法，本节侧重建模：把真实情境抽象为圆周运动并讨论安全与临界问题。 设计主线：火车转弯（轨道设计）→汽车过拱桥、凹桥（超重失重）→离心运动（应用与防止）→安全小结，全课40分钟。 难点突破：先让学生画“不倾斜铁轨”下的挤压图，再引出外轨超高设计，体会“用合力提供向心力”的思想。 反馈矫正：用“为何转弯要减速”“拱桥为何做成凸形”等开放问题当堂检测建模与解释能力。 教 学 过 程 环节 内 容 设计意图 一、导入新课 （约4分钟） 【情境引入】火车在铁路弯道转弯，仔细观察弯道处内外轨高度略有不同，这是为什么？ 【设问】火车转弯需要向心力，向心力从何而来？——引出课题：生活中的圆周运动。 以“铁轨设计之谜”引入，引导学生用向心力知识解释工程问题。 二、新课教学（一） （约12分钟） 1.建模：火车转弯近似在水平面做圆周运动，圆心在弯道内侧。 2.受力分析：若内外轨等高，向心力需由外轨对轮缘的侧向挤压提供，易损坏轨道。 3.设计思想：把外轨适当垫高，使支持力与重力的合力指向圆心提供向心力。 4.定量关系：设轨道面与水平面夹角θ，，得设计速度。 5.速度讨论：v＞v0时外轨受挤压，v＜v0时内轨受挤压。 图6.4-3 重力G与支持力FN的合力提供向心力 从“等高铁轨的缺点”出发引出外轨超高，让学生理解设计速度的意义，学会临界讨论。 三、新课教学（二） （约12分钟） 1.凸形拱桥最高点：，，支持力小于重力（失重）。 2.临界：速度增大到时，汽车即将离开桥面。 3.凹形路面最低点：，（超重），易损坏车胎与路面。 4.联系：结合已学超重失重知识，说明“压力”变化来源于竖直方向加速度。 图6.4-4 汽车通过拱形桥 图6.4-5 汽车通过凹形路面 通过最高点、最低点的对比，把向心力知识与超重失重观念贯通，理解汽车过桥限速的原因。 四、新课教学（三） （约8分钟） 1.现象：合力突然消失时物体沿切线飞出；合力不足以提供所需向心力时物体逐渐远离圆心（离心运动）。 2.应用：洗衣机脱水、离心分离器、投掷链球。 3.防止：汽车转弯限速、高速砂轮限制转速、皮带轮注意松脱。 图6.4-7 离心运动 用“力不足→离心”的动态分析解释应用与防护，联系交通安全进行责任教育。 五、课堂小结与作业 （约4分钟） 1.知识小结：转弯、过桥的向心力来源与临界速度；离心运动条件及应用防止。 2.方法小结：圆周运动问题——“找圆心→受力分析→沿半径列方程→讨论临界”。 回归“找圆心列方程”的一般方法，把三组实例统一到同一分析框架。 课堂作业（举一反三·典型题5道） 题1．（多选）如图所示， 两个可视为质点的、相同的木块A和B放在转盘上且木块A、B与转盘中心在同一条直线上， 两木块用长为 L的细绳连接， 木块与转盘的最大静摩擦力均为各自重力的 k倍， A 放在距离转轴L处，整个装置能绕通过转盘中心的转轴O1O2转动，开始时， 绳恰好伸直但无弹力， 现让该装置从静止转动，角速度缓慢增大， 以下说法不正确的是（　　） A．当时， 绳子一定有弹力 B．当时， A、B会相对于转盘滑动 C．当ω在范围内增大时， A所受摩擦力一直变大 D．当ω在范围内增大时， B所受摩擦力变大 题2．如图所示，汽车以速度通过凹形路面最低点。关于车对地面的压力大小，下列判断正确的是（　　） A．等于汽车所受的重力 B．小于汽车所受的重力 C．大于汽车所受的重力 D．速度越小压力越大 题3．如图所示，一质量为的人站在台秤上，一根长为的悬线一端系一个质量为的小球，手拿悬线另一端，小球绕悬线另一端点在竖直平面内做圆周运动，且小球恰好能通过圆周运动最高点，则下列说法正确的是（    ） A．小球运动到最高点时，小球的速度为零 B．小球在三个位置时，台秤的示数相同 C．当小球运动到点时，人受到台秤给其向左的静摩擦力 D．小球运动到最低点时，台秤的示数为 题4．在东北严寒的冬天，人们经常玩一项“泼水成冰”的游戏．图甲所示是某人玩“泼水成冰”游戏的瞬间，其示意图如图乙所示，为最高点，在最高点时杯口朝上．泼水过程中杯子的运动可看成圆周运动，人的手臂伸直，臂长约为．下列说法正确的是（    ） A．泼水时杯子的旋转方向为顺时针方向 B．位置飞出的小水珠初速度沿1方向 C．若要将水从点泼出，杯子的速度不能小于 D．杯子内装的水越多，水的惯性越大，因此越容易被甩出 题5．（多选）如图所示，粗糙圆盘沿同一直径放置正方体A、C，及侧面光滑的圆柱体B，一轻绳绕过B连接A、C，初始时轻绳松弛。已知，A、B、C与圆盘的动摩擦因数分别为和。现使圆盘从静止开始缓慢加速转动，转动过程中A、B、C始终未倾倒，重力加速度为g，下列说法中正确的是（　　） A．物体与圆盘相对滑动前，A物体所受的向心力最大 B．细绳最初绷紧时，圆盘的角速度 C．圆盘上恰好有物块开始滑动时 D．物体与圆盘相对滑动前，C所受的摩擦力先减小后增大 参考答案 题1．CD开始角速度较小，两木块都靠静摩擦力提供向心力，B先到达最大静摩擦力，角速度继续增大，则绳子出现拉力，角速度继续增大，A的静摩擦力增大，当增大到最大静摩擦力时，开始发生相对滑动。B．当A所受的摩擦力达到最大静摩擦力时，A、B相对于转盘会滑动，对A有对B有解得当时，A、B相对于转盘会滑动，故B正确；A．当B达到最大静摩擦力时，绳子开始出现弹力解得知时，绳子具有弹力，故A正确；D．角速度，B所受的摩擦力变大，在范围内增大时，B所受摩擦力不变，故D错误；C．当在范围内增大时，A所受摩擦力一直增大，故C错误。本题选不正确的，故选CD。 题2．C汽车通过最低点时，根据牛顿第二定律可得可得支持力大小为根据牛顿第三定律可知，车对地面的压力大小为可知车对地面的压力大于汽车所受的重力，速度越小压力越小。故选C。 题3．BA．小球恰好能通过圆周运动最高点，在最高点，重力提供向心力小球运动到最高点时，小球的速度为故A错误；B．小球在三个位置时，竖直方向的加速度均为，小球处于完全失重状态，台秤示数相同，故B正确；C．当小球运动到点时，细绳对人的拉力向左，人水平方向受力平衡，人受到台秤给其向右的静摩擦力，故C错误；D．小球运动到最低点时，根据动能定理有在最低点，根据牛顿第二定律有解得台秤的示数为故D错误。故选B。 题4．CAB．由图中的虚线切线方向可知，泼水时杯子的旋转方向为逆时针方向，则位置飞出的小水珠初速度沿2方向，故AB错误；CD．水从点泼出时，设水的质量为，当水的重力刚好提供其所需的向心力时，有解得可知水被甩出与水的质量无关，要将水从点泼出，杯子的速度不能小于，故C正确，D错误。故选C。 题5．ACA．设A、B、C的质量分别为2m、3m、m，则向心力分别为，，可知，A物体所受的向心力最大，A正确；B．三者分别与圆盘的摩擦力达到最大静摩擦时 得，，B的临界角速度最小，则细绳最初绷紧时，圆盘的角速度B错误；C．A的临界角速度小于C的临界角速度，设恰好有物块开始滑动时绳的拉力为T，则对A对C得C正确；D．角速度较小时，C所受摩擦力指向圆心，由C选项可知，滑动时C所受摩擦力背离圆心，故物体与圆盘相对滑动前，C所受的摩擦力先增大后减小再增大，D错误。故选AC。 教学反思 1.火车转弯模型中“向心力由支持力与重力合力提供”与“外轨垫高”的关系要配合图讲清，避免学生误以为压力沿斜面。 2.汽车过拱桥最高点的压力表达式学生常忘记减号，应结合“失重”直观理解。 3.离心运动不是“受离心力”，教学中反复强调“力不足或消失”这一条件。 8 学科网（北京）股份有限公司 $