《生活中的圆周运动》课题教学设计

这是《生活中的圆周运动》课题教学设计，是优秀的物理教案文章，供老师家长们参考学习。

　　【教材分析】

　　这节内容紧扣实际生活，并尝试着应用圆周运动的知识来解决生活中的实际问题，内容包括:火车经过圆形轨道、汽车过拱桥(分析桥面为什么不能是凹形的)。

　　【教学目标】

　　1知识与技能

　　(1).会在具体问题中分析向心力的来源，并能初步应用公式计算.

　　(2).能理解运用匀速圆周运动的规律分析和处理生产和生活中的具体实例.

　　(3).知道向心力和向心加速度的公式也适用于变速圆周运动，会求变速圆周运动中物体在特殊点的向心力和向心加速度.

　　2过程与方法

　　培养学生自主学习的能力。

　　通过“诱思探究加学案制”的教学方法，培养学生提出思考问题的能力。

　　采用分组讨论、合作探究的方法，培养学生与他人交流、协作的能力以及科学探究能力。

　　通过展示视频，培养学生的观察能力。

　　通过对实例和例题的分析，培养学生应用知识的能力和计算能力。

　　3情感态度与价值观

　　渗透“学以致用”的思想，体会学习的快乐，激发学生的学习热情和兴趣。

　　鼓励学生探究日常生活中的圆周运动，培养其参与科技活动的热情和将物理知识应用于生活

　　【教学重点】会在具体问题中分析向心力的来源，并结合牛顿运动定律求解有关问题.

　　【教学难点】

　　1.具体问题中向心力的来源.

　　2.对变速圆周运动的理解和处理.

　　【教学方法】

　　讲授、分组讨论、探究,学案制,多媒体演示

　　【课堂教学设计】

　　(一)引课

　　复习提问圆周运动向心加速度、向心力相关知识，以及物体做匀速圆周运动和变速圆周运动向心力的来源。

　　提问

　　1：做匀速圆周运动的物体有什么特点?

　　2：做匀速圆周运动的物体的向心力就是物体受到的合外力，那么什么样的力可以提供或充当向心力呢?

　　3：向心力是一种实际存在的力吗?在受力分析中如何处理向心力?在实际问题中又如何确定向心力的大小呢?

　　请同学举例生活中的圆周运动，以此引入新课。

　　(二)新课教学主要过程

　　1、火车转弯的问题

　　幻灯片展示火车车轮的特殊结构。

　　问题1：请根据你了解的以及你刚才从图片中观察到的情况，说一说火车的车轮结构如何?轨道结构如何?如何固定火车运行的轨迹，防止脱轨

　　通过展示火车模型和图片，让学生总结火车车轮的特点。车轮内侧轮缘半径大于车轮半径，轨道将两车轮的轮缘卡在里面。

　　问题2：火车在平直的轨道上匀速行驶时，所受合力如何?

　　火车受到4个力的作用，各为两对平衡力，即合外力为零。其中重力和支持力的合力为零，牵引力和摩擦力的合力为零

　　问题3：火车转弯是一段圆周运动，需要有力来提供火车做圆周运动的向心力，在水平轨道火车转弯如何获得向心力?

　　让学生独立分析谈论火车在直线行驶时的受力情况，并引导学生分析当火车转弯时，如果内外铁轨的高度相同，向心力的来源。

　　问题4：高速行驶的火车的轮缘与铁轨挤压的后果会怎样?

　　让学生阅读课本第26页第一段的内容，学生发挥自己的想象能力,找出实际生活中在铁路的弯道处，铁轨的设计特点。设计方案. 给学生时间分组讨论，再由各小组代表向全班展示讨论结果。教师对学生的回答不做过多的评价，等全部展示完毕，再进行一次整合。

设计 ：使路面向圆心一侧倾斜一个很小的角度，使外轨略高于内轨，这样，重力和支持力的合力提供了向心力，外轨就不受轮缘的挤压了。

　　运用刚才的分析进一步讨论：火车转弯时的速度多大时才不至于对内外轨道产生相互挤压?

　　选择合适的弯道倾斜角度，使向心力仅由支持力FN和重力G的合力F合提供：

　　F向= mv02/r = F合 = mgtanθ

v0=

　　讨论：

　　(1)当v= v0，F向=F合内外轨道对火车两侧车轮轮缘都无弹力。

　　(2)当v > v0，F向>F合外轨道对外侧车轮轮缘有弹力。

　　(3)当v < v0，F向合内轨道对内侧车轮轮缘有弹力。

　　问题5：要使火车转弯时损害最小，对行驶的速度有什么要求?

　　展示火车转弯时候的视频，提醒学生观察轨道的情况。

　　总结：

　　(1)如果在转弯处使外轨道略高于内轨道，火车受力不是竖直的，而是斜向轨道的内侧。它与重力的合力指向圆心，成为使火车转弯的向心力。

　　(2)如果根据R和火车行驶速度v适当调整内外轨道的高度差，使转弯时所需要的向心力完全由重力G和支持力FN的合力提供，这样外轨道就不再受轮缘的挤压了。

　　引申：公路转弯处路面的特点。

　　借助场地自行车赛的赛道的图片和F1汽车大奖赛的赛道的图片，介绍外高内低的弯道设计是普遍存在的。并演示“飞机转弯的视频”，让学生讨论飞机在空中转弯时，向心力的来源。给学生时间做学案上的练习题.

　　[练习]

高速公路转弯处，若路面向着圆心处是倾斜的，要求汽车在该处转弯时沿倾斜路面没有上下滑动的趋势，在车速=15m/s的情况下，路面的倾角θ应为多大?(已知弯道半径R=100 m)

　　2、汽车过拱形桥的问题

　　通过提问，引导学生进入状态。

　　问题1.汽车过桥时做什么运动?在最高点汽车受什么力的作用?什么力提供汽车做圆周运动的向心力?

　　通过提问，引导学生进入状态。

　　问题2.质量为m的汽车在拱形桥上以速度v行驶，若桥面的圆弧半径为R，试画出受力分析图，分析汽车通过桥的最高点时对桥的压力.通过分析你可以得出什么结论?汽车在桥顶出现什么现象?

　　教师以提问的形式引导学生分析在拱形桥的最高点时汽车的受力情况，并探究向心力的来源。再通过幻灯片演示分析过程，并规范书写格式。

　　问题3.当汽车对桥的压力刚好减为零时，汽车的速度有多大，当汽车的速度大于这个速度时，会发生什么现象?

　　给学生时间分组讨论。在学生讨论过程中，教师巡回指导，及时引导学生，把握讨论方向。再根据学生代表的回答，让学生自己完成对各种现象的总结。当速度不断增大的时候，压力会不断减小，当达到时，汽车对桥面完全没有压力，汽车“飘离”桥面，因此汽车将做平抛运动。

问题4：如果是凹形桥，汽车行驶在最低点时，桥面受到的压力如何?

　　让学生根据上个问题的分析思路，独立分析解决这个问题。

　　问题5：前面我们曾经学习过超重和失重现象，那么试利用“超、失重”的观点定性分析汽车在拱形桥最高点，凹形桥的最低点分别处于哪种状态?

　　通过幻灯片总结演示分析过程.

　　给学生时间做学案上的2个练习题.

　　[练习]

　　1.一辆质量m=2.0t的小轿车，驶过半径R=90m的一段圆弧形桥面，重力加速度g=10m/s2.求：

　　(1)若桥面为凹形，汽车以20m/s的速度通过桥面最低点时，对桥面压力是多大?

　　(2)若桥面为凸形，汽车以l0m/s的速度通过桥面最高点时，对桥面压力是多大?

　　(3)汽车以多大速度通过凸形桥面顶点时，对桥面刚好没有压力

　　2.杂技演员在做水流星表演时，用绳系着装有水的水桶，在竖直平面内做圆周运动，若水的质量m=0.5kg，绳长L=60cm，求：

　　(1)最高点水不流出的最小速率，

　　(2)水在最高点速率v=3m/s时，水对桶底的压力.

　　提示:抓住临界状态，找出临界条件是解决这类极值问题的关键.

　　强调：汽车做的不是匀速圆周运动，我们仍使用了匀速圆周运动的公式，原因是向心力和向心加速度的公式对于高速圆周运动同样适用。

　　教师总结:汽车过桥问题，实质上是物体在竖直平面内做圆周运动，由于物体所受重力的大小mg及方向(竖直向下)恒定不变，因此当物体经过圆周上各个不同位置时，重力对物体做圆周运动的作用是不同的。

　　此处可以引导学生分析竖直面内圆周运动在最高点和最低点以外的向心力的来源。

　　问题6:如果地球可以看作一个巨大的拱形桥，桥面的半径就是地球半径R，约为6400km，地面上有一辆汽车在行驶，重量是mg，地面对它的支持力是FN。根据我们上面的分析，汽车的速度越大，地面对它的支持力就越小。那么，会不会出现这样的情况：速度大到一定的程度时，地面对车的支持力是0?(能出现)如果g=10m/s2，此时汽车的速度是多少呢?

　　在这部分教师只是适当地引导，尽量让学生表述结论。

　　课后作业

　　请同学们课后复习本节课的内容，并完成课本第29页“问题与练习”的1—4题。

　　【教学反思】

　　本节课是按照新课标的标准来设计的，自由度比较大，且比较灵活。教师在教学设计上遵循学生的认知规律，使学生对物理规律的建立、理解和运用有一个从感性到理性，从定性到定量的过程，从而使学生对物理规律的学习和运用并不感到突然和陌生。教学中教师运用“问题引导探究”的教学方法，把学生观察、讨论、探究与教师的讲解引导融为一体，并本着“学生主体，教师主导”的原则，让学生从生活走进物理，从物理回到生活，使学生感到熟悉、困惑和新奇，从而主动探究、总结。然后教师再通过一些贴近生活的小实例、小实验，使学生能够积极地参与问题的分析、讨论、交流和体验，从被动接受知识的习惯中解脱出来，在自主的氛围中理解掌握知识，发展提升能力。