云南省高中物理 5.8生活中的圆周运动教案 新人教版必修2
一、内容及其解析
1、内容：用匀速圆周运动的规律解决现实生活中的平面圆周运动问题。
2、解析：主要是通过分析生活中的火车和汽车转弯问题，掌握用牛顿第二定律分析向心力的来源。通过现实生活中的平面圆周运动分析，归纳总结出物体做平面圆周运动的特点。这是学生应该重点掌握的，此知识是学生学好带电粒子在匀强磁场中做圆周运动的基础，而带电粒子在匀强磁场中的运动又是每年高考的重点。 二、目标及其解析
目标1：通过火车转弯分析水平面上的匀速圆周运动。
解析1：如果轨道是水平的，那么火车转弯时是外轨对火车轮缘的弹力提供向心力。否则是重力和支持力的合力提供全部或部分向心力。
思考1：火车转弯时如果仅靠外轨对火车轮缘的弹力力提供向心力，会带来什么问题？ 目标2：通过汽车转弯现象分析水平面上的匀速圆周运动。
解析2：如果路面是水平的，那么汽车转弯时是车轮所受的摩擦力提供向心力。否则是重力和支持力的合力提供全部或部分向心力。
思考2：高速公路的转弯处，公路的外沿设计的比内沿略高，若汽车以设计速度转弯时，所需向心力由什么力提供？ 三、教学问题诊断分析
向心力是按效果命名的，它可以是重力、弹力或摩擦力，也可以是这些力的合力或分力所提供，并不是一种特殊的力。这是学生很难理解的。 四、教学支持条件分析
运用多媒体图片对火车、汽车转弯等几个实例进行分析，使学生进一步掌握水平圆周运动问题。
五、教学过程设计 1、教学基本流程
复习向心力概念→生活中的圆周运动所需向心力是有哪些力来提供？→分析生活中的火车、汽车转弯问题 → 练习、小结。 2、教学情景
问题 1：火车在平直轨道上匀速行驶时，所受的合力等于0，当火车在等高轨道处转弯时，我们说它做圆周运动，是什么力提供火车转弯时所需向心力呢？
设计意图：在等高的转弯轨道上，火车所需的向心力由火车轮缘所受的向里的支持力来提供。
问题2:靠外轨对轮缘的水平弹力提供火车转弯时所需的向心力，在实际中可取吗？为什么？
设计意图：由于火车的质量太大，靠这种办法得到向心力，铁轨和轮缘极易受损。
【思考1】假如你是一个工程师，为了减轻铁轨和车轮的受损程度，你能提出哪些可行的方案？
分析：如果轨道是平的，外轨对轮缘的弹力提供向心力。如果外轨高于内轨，外轨对轮缘的弹力和火车重力的合力提供全部或部分向心力。这样就可以减轻铁轨与车轮间的挤压
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力。
设计意图：知道实际中的铁路为什么外轨略高于内轨。
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【例题1】 已知火车速度为30m/s ，弯道的半径 r=900m，火车的质量为8×10kg。（g 取
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10m/s）
（1）、转弯时所需要的向心力多大？ （2）、若轨道不受轮缘的挤压，轨道与水平面的夹角θ是多大？ （3）、若轨距为d=1.4m，此时内外轨的高度差h是多少？ (θ很小时，近似有tan θ=sinθ)
（4）、若火车速度为40m/s，此时轮缘的受力情况如何？ 设计意图：理解和掌握火车转弯问题。
v2?8?105N解：提示 (1)、Fn?mr 22v0v0 (2)、mgtan??m?tan???0.1rgr
??arctan0.1
(3)、h?dsin??0.14m(4)、v0?gr.tan??30m/s
讨 论：
当v=v0时：轮缘不受侧向压力
当v>v0时：轮缘受到外轨向内的挤压力 当v 【拓展练习1】水平转盘上放有质量为m的物快，当物块到转轴的距离为r时，若物块始终相对转盘静止，物块和转盘间最大静摩擦力是正压力的?倍，求转盘转动的最大角速度是多大？ 解析：因为?mg?m?r???2?gr 所以，转盘的最大角速度是 ?gr 【拓展练习2】用长L=0．5m的细绳，一端拴一质量m=1kg的小球，另一端固定在离水平桌高h=O．3m的0点上，使小球在光滑桌面上做匀速圆周运动。如果运动速率v=1．2m／s，求此时绳对球的拉力与球对桌面的压力。为使小球不离开桌面做圆周运动，它的速率不能超过多大? 解析：由于小球是在水平面内做匀速圆周运动，所以其合力恰好提供向心力。故 v2mv2mv2FTsin??m?FT???4.5N 2rrsin?Lsin? FTcos??FN?mg?FN?mg?FNcos??7.3N 根据牛顿第三定律得球对桌面的压力F压=7.3N。 v243mgtan??m?v?grtan??gLsin?tan??m/sr3故，为使小球不离开桌面做圆周运动，它的速率不能超过 问题3：汽车转弯时，情况又如何？ 43m/s3 2 设计意图：知道汽车转弯时如果路面是平的，由车轮所受的静摩擦力提供向心力，如果路面是外高内底，由重力和支持力的合力提供全部或部分向心力。 小结：在水平面内做圆周运动的物体，其受力和运动有什么特点? 六、目标检测 1、铁路在弯道处的内外轨道高低是不同的，已知内外轨道对水平面倾角为θ，弯道处的圆弧半径为R，若质量为m的火车转弯时速度小于Rgtg?，则( ) A．内轨对内侧车轮轮缘有挤压 B．外轨对外侧车轮轮缘有挤压 C．这时铁轨对火车的支持力等于mg/cosθ D．这时铁轨对火车的支持力大于mg/cosθ 2．汽车在半径为r的水平弯道上转弯，如果汽车与地面的滑动摩擦系数为μ，那么使汽车发生侧滑的最小速率是( ) A．rg B． ?rg C．?g D．?mg 3、物体放在水平圆盘上，当圆盘绕竖直轴转动时，物体相对于圆盘静止，则提供物体作圆周运动的向心力是( ) A．重力 B．弹力 C．摩擦力 D．万有引力 设计意图：强化对本节内容的理解和掌握 配餐作业 从下列三组题中任意选择两组题完成，建议选择AB或BC A组题 1、关于铁道转弯处内外铁轨间的高度关系，下列说法中正确的是（ ） A.内、外轨一样高，以防列车倾倒造成翻车事故 B.因为列车转弯处有向内倾倒的可能，故一般使内轨高于外轨，以防列车翻倒 C.外轨比内轨略高，这样可以使列车顺利转弯，减少车轮与铁轨的挤压 D.以上说法均不正确 2、在水平面上转弯的汽车，向心力是（ ） A.重力和支持力的合力提供 B.静摩擦力提供 C.滑动摩擦力提供 D.重力、支持力和牵引力的合力提供 设计意图：基础知识练习 B组题 1、 用细线拴住一个小球并使之在水平内做匀速圆周运动，下列说法中正确的是( ) A．在角速度相同的条件下，线越短越容易断； B．在角速度相同的条件下，线越长越容易断； C．在线速度相同的条件下，线越长越容易断； D．线速度越小，线越长越容易断． 2、一个内壁光滑的圆锥形筒固定在地面，轴线沿竖直方向，有质量相等的A，B两小球沿筒内壁在水平面内做匀速圆周运动，A的半径较大，则（ ） A．A球的角速度大于B球的角速度； B．A球的线速度大于B球的线速度； 3