《生活中的圆周运动》教学设计

《生活中的圆周运动》教学设计一、教学任务及对策1、教材分析：《生活中的圆周运动》是新课程人教版必修2第五章的第7节，是这一章的最后一节。

本节课是在学生学习了圆周运动、向心加速度、向心力之后的一节应用课，通过研究圆周运动规律在生活中的具体应用，使学生深入理解圆周运动规律，并且结合日常生活中的某些体验，加深物理知识在头脑中的印象。

这一节既是本章关于圆周运动的总结，同时又对于下一章的万有引力与航天的知识，起到承上启下的作用。

2、教学目标：（1）知识与技能：A、能定性分析火车外轨比内轨高的原因，能定量计算火车转弯的临界速度；B、能定量分析汽车过拱桥最高点和凹形桥最低点的压力问题；C、知道航天器中航天员失重的原因；D、知道离心运动及其产生条件，了解离心运动的应用于防止；（2）过程与方法：A、进一步加深对向心力的认识，会用牛顿第二定律分析向心力的来源；B、培养学生独立观察、分析问题、解决问题的能力，提高学生概括总结知识的能力；C、充分展现中学生核心素养的基本原则。

（3）情感、态度和价值观：A、通过向心力在具体问题中的应用，培养学生将物理知识应用于生活和生产实践意识；B、通过一些事例，使学生初步建立严谨的科学态度和学习物理的责任感和自豪感；C、体会圆周运动的奥妙，培养学生学习物理知识的求知欲；D、充分体现中学生核心素养的价值定位。

3、教学重、难点：（1）教学重点分析具体问题中向心力的来源。

依据：学生常常误认为向心力是一种特殊的力，是做匀速圆周运动的物体另外受到的力，课本中明确指出这种看法是错误的，以及如何正确认识向心力的来源，并且对向心力的来源分析地比较仔细，因此教学中应充分重视这一点。

（2）教学难点A、能把所认识到的圆周运动按照水平、竖直方面进行分类，按照步骤进行问题分析；B、具体的火车结构；难点突破：用分类的方法把相同的物理情景归为一类，然后找到他们共同的解题方法；对学生不太熟悉的火车车轮结构等问题借助演示图片加以说明，使学生更易理解。

二、学情分析学生已经学习了匀速圆周运动、向心力、向心加速度的概念，对圆周运动有了比较初步的认识，但学生对于向心力由谁来提供，还比较模糊，这样就不能进行知识迁移和解决实际问题。

所以教学中通过多个实例分析说明向心力的来源是由性质力来提供的，让学生从被动的接受知识变成主动的探索新知识，积极参与教学过程的每个环节，引导学生手脑并用，分析与综合相结合，以提高学生的探索研究和创新能力。

三、教法及理论依据依据心理学中皮亚杰的建构主义理论和维果斯基的最近发展区理论，采用问题引领式的教学模式，教师引导学生讨论、探究，在关键处给予点拨，让学生亲自动笔、推导并表述；对于学生采用观察、推导、探究、讨论等学习方法。

四、课前准备1、学生课前准备：复习圆周运动的向心力、向心加速度的概念；2、教学用具准备：幻灯片展示、视频演示；3、教学环境布置：利用小组合作的方式，把学生提前分好小组。

五、时间分配本节课用1课时讲解，复习引入5分钟，铁路的弯道用15分钟，离心现象用7分钟，拱形桥和航天器中的失重现象用15分钟，课堂小结、布置作业用3分钟。

六、教学过程设计（一）复习引入复习：提问圆周运动向心加速度、向心力相关知识。

（教师引领复习，并说明向心力可以是某个力提供、某些力的合力提供、某个力的分力提供）引入：让学生看一段视频，其中包括火车拐弯、F1赛车比赛、汽车过拱桥、过山车游戏等生活中常见的圆周运动。

观看完视频，展示视频中的图片，让学生观察比较思考，然后回答问题。

（展示课件，教师引导学生仔细观察，体现核心素养基本原则：注重时代性）问题1：同学们，你们都看到了哪些东西呢？他们的运动有什么相同之处，又有什么不同之处呢？学生：火车、汽车、过山车等都做曲线运动。

火车和F1赛车是水平的曲线运动，汽车过拱桥、过山车是竖直的曲线运动。

问题2：同学们，物体做圆周运动需要有力提供向心力，那么F1赛车、过山车是什么力提供了向心力呢？（展示课件，教师引导学生自行分析，进行总结）学生：由受力分析可知，摩擦力、重力和弹力的合力。

[设计意图]让学生观看视频，轻松引入课题，消除学生的紧张心理。

用图片作为对比，用问题作为提示，让学生观察搜集有用信息，培养学生的观察和分析能力。

（二）新课教学1、铁路的弯道解决的问题：1）、火车的轨道为什么设计成外轨高内轨低？2）、火车转弯时的临界速度是多大？给出火车车轮图片的特殊结构。

让学生通过看书、观察、讨论，然后回答问题。

（展示课件，教师引导学生着重观察火车转弯轨道的高低问题。

体现核心素养基本原则：坚持科学性）问题1：请观察、总结火车的车轮结构特点、轨道的高低有什么特点、为什么这样铺设轨道？（展示课件，教师介绍车轮、轨道结构，特别强调轮缘结构）问题2：火车在平直的轨道上匀速行驶时，所受合力如何？（展示课件，教师引导学生共同进行分析）问题3：转弯时，如果轨道是水平的，火车转弯做曲线运动，所受外力怎么样？谁提供向心力？（展示课件，教师引导学生，由学生自行完成，强调轮缘的作用）问题4：火车的质量很大，行驶的速度也不小，如此长时间后，对轨道和列车轮缘有什么影响？（教师引导学生，从受力情况和分析向心力的来源着手）问题5：如何改进才能够解决轨道和轮缘易损坏的问题呢？（教师引导学生，提示刚才观察图像和视频，引出解决方法：轨道倾斜）教师讲解：使轨道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。

（再次展示课件，展示火车转弯时候的图片，提醒学生观察轨道的情况。

）问题6：当轨道平面与水平面之间的夹角为，请你画受力图，并分析这时是谁提供火车转弯的向心力？（展示课件，教师引导学生共同进行分析，并强调此圆运动轨迹是水平圆周运动，且找准圆心位置）问题7：转弯半径R确定的时候，速度多大时轨道侧面不受挤压？（展示课件，教师引导学生共同进行分析，并明确“临界速度”的概念）问题8：如果火车实际行驶速度大于此速度时，向心力应由哪些力提供？如果小于此速度又怎么样呢？（展示课件，教师引导学生共同进行分析，并明确“需要轮缘提供额外的弹力满足向心力的需求，速度过大时：外侧轨道与轮缘之间有弹力；速度过小时：内侧轨道与轮缘之间有弹力”）问题9：如果火车实际行驶速度大大超过此速度时，将会出现什么样的后果？（展示课件，教师引导学生看到违背物理规律的严重的交通事故）教师点评：1）、轮缘不是提供向心力的主要因素，而是重力与支持力的合力；2）、工程师要设计弯道的半径大小，规定车速；3）、超速会对哪个轮缘造成损害------外轨；学生练习：汽车赛道的设计、飞机转弯，请分析受力情况，解释现象。

（借助火车转弯，教师演示飞机转弯，引导学生分析受力情况，解释现象）[设计意图]本部分的问题是层层深入，逐层递进的。

目的是让学生体会水平面里的圆周运动的特点，轨道、圆心、半径都在水平方向，向心力也在水平方向。

教师在学生思考、计算过程中，巡回指导，充分发挥学生的主体地位，通过相互讨论培养学生的协作与交流能力。

练习题的目的是让学生加深理解向心力的来源。

交通事故的演示有利于学生对科学的向往和敬畏，同时对学生进行安全教育。

2、圆周运动、离心运动复习一下最大静摩擦力，衔接上边知识，自然引入到生活现象，然后让学生看书、思考、回答问题。

问题1：在课本25页“问题与练习”第三题中，物块和圆盘保持相对静止一起转动，对匀速转动的物块来讲，谁提供向心力？若此力突然消失，物块将如何运动？（教师带领学生回顾课本知识，复习相关内容，做到温故知新，做好上下知识衔接）根据我们所学内容，将会设想到物块将会沿切线飞出，而相对原来而言将逐渐远离，向外运动，这种运动我们称之为“离心运动”，这种现象我们叫做“离心现象”。

（教师带领学生阅读课本相关知识，明确“离心现象”概念）问题1：什么情况物体将做离心运动？请同学们总结物体做离心运动的条件是什么？（教师引导学生根据课本相关知识，进行分析，正确理解离心现象；强调“供”、“需”关系，从“供”、“需”关系明确“离心运动的条件”）问题2：物体做离心运动时有没有离心力？我们在观看F1比赛的时候，经常看到赛车开出跑道的镜头，这又是怎么造成的呢？（教师引导学生，回顾赛车转弯问题，利用所学知识，提示学生进行分析、解释；同时调动学生学习的积极性，提高学生思考问题、分析问题的能力）问题3：赛车正常拐弯的情况下是谁提供向心力？（教师引导学生根据相关知识，进行分析，学生自主总结，收获成功的喜悦）问题4：赛车被甩出去的时候向心力没有了吗？（教师引导学生根据相关知识，共同分析，促进学生养成研究问题严谨的习惯）教师分析：曲线运动中“需要向心力”与“提供向心力”之间的关系是造成离心运动的关键。

赛车拐弯时，提供向心力的摩擦力没有消失，而是当时需要更大的向心力，摩擦力不够了，所以才会有赛车被甩出去的事情。

（展示课件，教师引导学生分析、总结，引出离心运动和离心现象）提出问题：汽车过弯道时，出事故与什么因素有关？（超速、超载、路滑、轮胎磨损）你想对司机提出的忠告、对修路的工程师说的话各是什么？在我们生活中，离心现象还有很多，比如制作棉花糖、洗衣机里的甩干桶等等。

甩干桶工作时是因为水滴所受到衣服“提供”的附着力小于水滴所“需要”的向心力，所以水滴离开了衣服，做离心运动。

（展示课件，教师引导学生观察图片，进行分析、总结）学生举例，教师点评。

（砂轮、链球等）[设计意图]甩干桶工作的过程和汽车向外甩出的过程，是离心运动的两种情况。

从汽车向外甩的过程看离心运动，是火车转弯的衔接，又蕴含了新的知识。

既可培养学生分析综合能力，又可培养学生严谨的科学态度和理论联系实际的能力。

3、拱形桥解决的问题：1）、拱形桥面与凹形桥面受汽车压力与汽车所受重力的关系是什么？2）、超重、失重问题在此类问题中如何表现？再次展示汽车过拱桥图片，特别是中国古代拱形桥——赵州桥，对其进行简单的介绍。

通过提问，引导学生按步骤进行思考：（教师对赵州桥的介绍，激发学生学习兴趣和中华民族的文化底蕴。

体现核心素养基本原则：强化民族性）问题1：汽车以某一速度v通过拱形桥的最高点时，汽车受力如何？（展示课件，教师引导学生，由学生自行完成）问题2：哪个力或哪些力提供了向心力？（展示课件，教师引导学生，由学生自行完成）问题3：此时桥面受到的压力比汽车的重力怎样？（展示课件，教师引导学生，由学生自行完成，并明确“超重、失重现象”）问题4：拱桥的圆心在哪？如果给出拱桥所在圆周的半径为R，你能计算汽车过拱桥的速度吗？问题5：分析如果汽车过拱桥的速度不断增大，会有什么现象发生？汽车的临界速度是多少？（展示课件，教师引导学生共同完成，并明确“临界速度的原因及计算方法”）问题6：汽车的速度比更大时会怎么运动？（展示课件，教师提示学生，此时汽车受力、速度、加速度如何）学生：1、汽车受重力和支持力，牵引力和摩擦力；2、重力和支持力的合力提供了向心力；3、故FN＜mg；根据牛顿第三定律，桥面受到的压力等于汽车受到的支持力；所以桥面受到的压力小于汽车的重力；4、汽车的竖直方向的合力指向圆心；5、当速度不断增大的时候，压力会不断减小，当FN=0时，汽车对桥面完全没有压力，汽车“飘离”桥面；6、汽车以大于或等于的速度驶过拱形桥的最高点时，汽车与桥面的相互作用力为零，汽车只受重力，又具有水平方向的速度的，因此汽车将做平抛运动。