陕西省安康市石泉县高中物理第2章研究圆周运动2.3圆周运动的案例分析(问题探究式)课件沪科版必修2
高一物理必修二课件-2.3 圆周运动的案例分析
二、分析圆周运动问题一般步骤:
▪ 1.明确研究对象，对其进行受力分析 ▪ 2.定圆心找半径 ▪ 3.搞清向心力的来源 ▪ 4.依据牛顿第二定律列方程 ▪ 5.解方程,对结果进行必要的讨论
三、小结：
课外讨论: 分析火车转弯时是怎样获得向心力的?
同学们,再见！
车轮介绍
内外轨道
火车水平转弯时情况分析 一样高
分析:
由牛顿第二定律得:Biblioteka v2N+mg= m r
当N=０时，向心力全部由重力
提供，此时物体到达圆形轨道
顶部的速度称为临界速度
v
N mg
r
临界速度: v 0 ＝ gr
思考:做圆周运动到达最高点的速度与临界速度有何关 系呢?
讨论：
v0 V=
重力只是改变物体的运动方 向，物体不会脱离轨道
v V＞ 0 物体能够通过圆周的最高点
θ︶ F
F
合
θ mg
在三角形中有：F合＝mgtanθ
F ︶θ
F合 m v2 r
F合
∴ gtanθ ＝ v 2 r
结论：自行车转弯时向 转弯处内侧倾斜的角度
mg
与自行车的行驶速度和 运行半径有关
v
▪ 交流与讨论: 1.分析汽车过拱形桥时在桥的最高点会不会
脱离桥面而飞起来? 2.分析汽车在水平路面上转弯是如何获得向 心力,并讨论高速公路的转弯处,路面是水平的 合理,还是倾斜的合理?
身体健康，学习进步！ 人生就是学校。在那里，与其说好的教师是幸福，不如说好的教师是不幸。——海贝尔
你在学习上这种尝试精神很可贵。 每一件事都要用多方面的角度来看它。 岁寒，然后知松柏之后凋也。——《论语·子罕》
圆周运动案例分析
高中物理2.3圆周运动实例总结课件教科版必修2
2). 当 v = gR时，T＝0, 小球恰过最高点;
当Ｖ＞ gR 时，T>0;
T
当Ｖ < gR时，小球不能到达顶点.
mg
3.杆 问题: 质量为m的小球,套在长为L轻杆上
解得: N = mg － mV2/R 依据此公式，你能找出关于N与V间哪些关系？
１）．汽车对桥面的压力随速度的增大而减小；
２）．当Ｖ＝０时，Ｎ＝ mg ； 当Ｖ≠０时，Ｎ＜ mg ;
NV
当v = gR 时，Ｎ＝０.
mg
凹桥 解:
在最低点: N - mg = mV2/R 解得: N = mg + mV2/R
（3）沿向心加速度方向建立方 程．
一.水平面内的圆周运动
几种典型模型
例：一半径足够大的圆台可绕 其竖直轴在水平面内转动，质 量相同的两木块A、B与圆台 间的摩擦因数相同为μ、用一 根长为L的细线将他们连接， 将A放在轴心处，B在距轴心L 处，要使他们与圆台不发生相 对运动圆台转动的角速度最大（２ｇμ／L）１／２ 为多少？
解:设弹簧的原长为L0 , 则弹簧的形变量为L-L0 .
据胡克定律: 有 F=K(L-L0 )
据牛顿第二定律: K(L-L0 ) = M ω2L 解得: L0 = L - M ω2 L/ K .
L F L0 O
注意: 对于弹簧约束情况下的圆周运动, 一 定要找准真实的圆周运动的半径与向心力.
4. 摩擦力提供向心力
知识回顾 概念
曲线运动 运动的合成与分解 平抛运动
圆周运动
曲线运动
方法：运动的合成 与分解
实例
平抛运动 圆周运动
描述圆周运动的物理量之 间的关系 水平面的圆周运动
高中物理2.3圆周运动的实例分析优秀教案
第二章 §2.3 圆周运动的实例分析 导学案【学法指导和使用说明】1．课前15分钟，依据自学指导，通研课本，搞好勾画，探究物理规律。
2．课堂上小组积极合作，互相交流探讨，高效展示点评，分层达成目标。
【学习目标】1．会在具体问题中分析向心力的来源。
2.会用牛顿第二定律解决生活中较简单的圆周运动问题。
3.了解离心运动及其应用。
探 究 案一、学始于疑———我思考，我收获【问题】自行车、摩托车、汽车、火车等交通工具是怎样在弯道处转弯儿的？二、质疑探究———质疑解惑，合作探究★探究点一： 水平面上的圆周运动〔重点〕【问题1】在旋转平台上放块橡皮，转动手柄，当橡皮随平台一起缓慢的匀速转动时，思考下面问题：1、橡皮做匀速圆周运动时的向心力的来源？2、这个力与需要的向心力有什么关系？3、物体做匀速圆周运动的条件？4、橡皮随平台一起转动的最大速度是多少？〔橡皮质量m 、旋转半径r 、摩擦因数μ、最大静摩擦力N F F μ=max 静〕【总结】一、物体做匀速圆周运动的条件：★探究点二：圆锥摆问题分析〔重难点〕【问题2】旋转秋千是游乐园里常见的工程，它有数十个座椅通过缆绳固定在圆盘上。
启动时在旋转圆盘的带动下围绕竖直的中心轴旋转。
绳与中心轴的夹角θ ，半径为R ，绳长为L ，求旋转圆盘的角速度 ？R m【拓展】汽车在斜面上转弯类似于圆锥摆问题，向心力由什么力提供？★探究点三：火车转弯问题分析〔重难点〕【问题4】〔1〕如果铁路弯道是水平的，那么火车拐弯时将会出现什么情况？〔2〕火车质量大，速度也大，因此所需的向心力大。
外轨长期受到强烈挤压就会损坏。
你能想方法改良一下吗？【针对训练】2007年4月18日，我国铁路进行了第六次大提速，时速将达200公里以上，这必将为我国的经济腾飞注入新的活力。
假设你是一位从事铁路设计的工程师，你认为火车提速有必要对铁路拐弯处进行改造吗？应如何改造？★探究点四：离心运动【问题4】将橡皮放在旋转平台上，观察转速较大时，橡皮会被甩出；滴上一滴水滴，当旋转平台转速较大时可以显示被甩出水滴的痕迹；欢乐谷雪域迷旋游戏；学生手拉手游戏，观察突然撒手时学生沿切向飞出。
陕西省安康市汉滨区恒口高级中学沪教版高一物理必修2导学案设计：2.3圆周运动的案例分析(无答案)
2.3圆周运动的案例分析编号：⑧恒口高级中学编写人：史胜波审核人：师评：课时：2课时班级：姓名：学号：【学习目标】：1．进一步理解向心力是使物体产生向心加速度的原因．2．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．3．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．【学习重点与难点】：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．自主学习：1．匀速圆周运动(1)定义：线速度的圆周运动．(2)性质：向心加速度大小，方向的变加速曲线运动．(3)质点做匀速圆周运动的条件：合力大小不变，方向始终与速度方向垂直且指向。
2．非匀速圆周运动(1)定义：线速度大小、方向均的圆周运动．(2)合力的作用①合力沿速度方向的分量F t产生切向加速度，F t＝ma t，它只改变速度的．②合力沿半径方向的分量F n产生向心加速度，F n＝ma n，它只改变速度的．规律总结：不管是匀速圆周运动还是变速圆周运动，都是由法向（指向圆心）的合外力提供向心力。
3．向心力来源的分析方法确定圆心所在的平面→找出圆心、半径→受力分析→指向圆心的合力即为向心力。
自主探究：★探究点一：汽车过拱桥(竖直平面内的圆周运动)1．汽车过桥时做什么运动？在最高点汽车受什么力的作用？与在平直公路上的受力有什么不同?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？RN3．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？4.汽车要能通过桥面最高点的条件是什么?思考:为什么一般的桥面都建成拱形而不是凹形?★探究点二：圆锥摆模型1.结构特点：一根质量和伸长可以不计的细线，系一个可以视为质点的摆球，在水平面内做匀速圆周运动。
2.受力特点：只受两个力即竖直向下的重力mg 和沿摆线方向的拉力T 。
高中物理 第2章 研究圆周运动 2_3 圆周运动的案例分析教师用书 沪科版必修2
2.3 圆周运动的案例分析学习目标知识脉络1.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．(重点)2．在竖直面内的变速圆周运动中，能用向心力和向心加速度的公式求最高点和最低点的向心力和向心加速度．(重点、难点)3．通过对实例的分析，体会圆周运动规律在实际问题中的应用．(难点)过山车圆周运动分析[先填空]1．向心力如图231所示，过山车到达轨道顶部A时，人与车作为一个整体，所受到的向心力是重力与轨道对车的弹力的合力，即F向＝mg＋N.图2312．临界速度当N＝0时，过山车通过圆形轨道顶部时的速度，称为临界速度，v临界＝gR.(1)当v＝v临界时，重力恰好等于过山车做圆周运动的向心力，过山车不会脱离轨道．(2)当v<v临界时，过山车所需的向心力小于车所受的重力，过山车有向下脱离轨道的趋势．(3)当v>v临界时，重力和轨道对车的弹力的合力提供向心力，过山车不会脱离轨道．[再判断]1．过山车在最高点时人只受重力作用．(×)2．过山车在最低点时，因合力向上故人受支持力大于重力．(√)3．要让过山车安全通过最高点，速度应大于临界速度．(√)[后思考]过山车和乘客在轨道上的运动是圆周运动(如图232甲、乙所示)．那么甲 乙图232过山车驶至轨道的顶部，车与乘客都在轨道的下方，为什么不会掉下来？【提示】 过山车驶至轨道的顶部时，车所受的轨道的压力和所受的重力的合力提供车做圆周运动的向心力，只改变速度方向，而不使物体做自由落体运动．[合作探讨]过山车的质量为m ，轨道半径为r ，过山车经过轨道最高点时的速度为v .探讨1：过山车能通过轨道最高点的临界速度是多少？【提示】 临界条件为mg ＝mv 2r，故临界速度v ＝gr . 探讨2：当过山车通过轨道最高点的速度大于临界速度时，过山车对轨道的压力怎样计算？【提示】 根据F N ＋mg ＝mv 2r ，可得F N ＝mv 2r－mg . [核心点击]1．过山车问题分析：设过山车与坐在上面的人的质量为m ，轨道半径为r ，过山车经过顶部时的速度为v ，以人和车作为一个整体，在顶部时所受向心力是由重力和轨道对车的弹力的合力提供的。
高中物理 2.3 圆周运动实例总结课件 教科版必修2
NV
当 v = gR 时，Ｎ＝０.
mg
凹桥 解:
在最低点: N - mg = mV2/R 解得: N = mg + mV2/R
依据此公式，你能找出关于N与V间哪些关系？
１）．汽车对桥面的压力随速度的增大而增大； ２）．当Ｖ＝０时，Ｎ＝ mg ；
当Ｖ≠０时，Ｎ＞ mg ;
当 v = gR 时，Ｎ＝2 mg.
F + N外 = mV2/R.
c. 当火车行驶速度V<V0 时,重力与支持的合力 大于火车转弯所需的向心力,火车与内轨相互 挤压,内轨对轮缘有压力.
F - N内 = mV2/R.
N 向心
F力
G
v2 F m
r
V 外轨
内轨
二.竖直平面内的圆周运动：
竖直平面内的圆周运动线速度 大小时刻改变，但在最高和最低 点，合力指向圆心．
N V mg
2. 绳 解: 在最高点: T+ mg = mV2/R 解得: T = mV2/R- mg
依据此公式，你能找出T与V存在哪些关系？ 1).小球对绳的拉力随速度的增大而增大；
2). 当 v = gR时，T＝0, 小球恰过最高点;
当Ｖ＞ gR 时，T>0;
T
当Ｖ < gR 时，小球不能到达顶点.
解: 据题意, B球的向心力来源于AB杆
对它的拉力TAB , 据牛顿第二定律: TAB = M ω23L ……(1 )
A球的向心力来源于OA杆与AB对它的
作用力的合力 , 据牛顿第三定律:
O
TAB = T`AB ……. .(2)
据牛顿第二定律:对A球有
TOA
TOA - T`AB = M ω22L ….. (3)
高一物理必修二课件-2.3 圆周运动的案例分析(2)
读书有三到，谓心到，眼到，口到。——朱熹 要想人前显贵，必得人后受罪。 实现梦想比睡在床上的梦想更灿烂。 骄傲是断了引线的风筝稍纵即逝。 读一切好书，就是和许多高尚的人谈话。——笛卡儿 是金子，总会花光的；是镜子，总会反光的。
计算有关问题。 二、过程与方法：
将生活实例转换为物理模型进行分析研究。 三、情感态度与价值观：
通过对日常生活、生产中圆周运动现象的解释，敢于 坚持真理、勇于应用科学知识 探究生活中的物理学问题。
重点 ：分析具体问题中向心力的来源。
难点 ： 应用向心力、向心加速度的有关公式分析和计算 有关问题
一、水平面内匀速圆周运动
匀 速圆 周运动 实例分析
处理圆周运动的一般方法： 1、确定圆周平面； 2、确定圆心； 3、受力分析； 4、明确向心力来源； 5、依据动力学方程写表达式； 6、运用必要的数学知识。
水平面内的匀速圆周运动
【学习目标】
一、知识与能力： 1．进一步掌握向心力、向心加速度的有关知识，
理解向心力、向心加速度的概念。 2．熟练应用向心力、向心加速度的有关公式分析和
情境1、自行车转弯： 情境2、汽车转弯： 问题3、火车转弯：
案例分析1－自行车转弯
案例分析2－汽车转弯
根据上图可以看出： （1）自行车在通过弯道（圆周的 一部分）时都是向内倾斜， 其向心 力的来源是什么？自行车转弯时倾斜 的角度与哪些因素有关？ （2）汽车通过弯道时向心力的来 源是什么？水平路面以多大的速率转 弯时，才不致于发生侧向滑动？
案例分析2－汽车转弯
案例分析3－火车转弯
火车做 圆周运动的 向心力是从 哪里获得的 呢？
车轮对结构
高中物理必修二课件-2.3 圆周运动的实例分析1-教科版
课堂小结
1、分析向心力来源 2、运用向心力公式解题的基本步骤
θ
L
H
θ(
例3：某铁路转弯处的圆弧半径是300m,两铁道之间 的距离是1.435m，若规定火车通过这个弯道的速度 为72km/h，则内外轨的高度差应该是多大才能使火 车转弯时内轨均不受轮缘的挤压？
分析：对火车受力情况分析，重力和支 持力的合力提供向心力，对内外轨都无 压力。
解：F向=mgtanθ=mv2/R
布置作业
课本P35练习与评价1、 2、3、4
谢谢
3、实例分析: 汽车过拱桥 旋转秋千 火车转弯问题
当堂训练
1、玻璃球沿碗的内壁做匀速圆周运动（若忽 略摩擦），这时球受到的力是（ ）
A.重力和向心力
B.重力和支持力
C.重力、支持力、和向心力 D.重力
2、当汽车通过桥面粗糙的拱形桥顶点的速度 为10m/s时，车对桥顶的压力为车重的3/4，求 拱桥的半径为多大？
当 v gr 时，F压=0；
当 v gr 时，汽车将脱离桥面，发生
危险。
思考与讨论
请你依据汽车通过 拱形桥的思路，分 析一下汽车通过凹 形桥最低点时,向 心力的来源以及汽 车对桥的压力的大 小？
ＦＮ
V
F向= FＮ － G=mv2/r
比较三种桥面受力的情况 v2
G FN m r v2
FN G m r
FN
G
mv 2 r
高中物理第2章3圆周运动的实例分析课件教科教科高一物理课件
汽车在到达最高点之前,θ角不断减小,由上式可见,汽车的牵引力不断减小,所
以选项C错误,选项D正确.
在沿着半径的方向上,汽车有向心加速度,由牛顿第二定律得
mgcos θ-N=
2
,
=
2
cos − .
可见,路面对汽车的支持力 N 随 θ 减小而增大,当到达顶端时
第五页，共十八页。
探究(tànjiū)
一
探究(tànjiū)
二
比较项目
汽车过凸形桥
汽车过凹形桥
v2
v2
规定向心力方 由 G-N= R ,
2
向为正方向 得 N=G- v
由 N-G= ,
R
v2
则 N=G+
R
牛顿第
三定律
讨论
说明
F 压=N=G-
v2
R
R
F 压=N=G+
v2
R
v 增大,F 压减小;当 v 增大到
其内外轨高度差h的设计不仅与r有关,还取决于火车在弯道上的行驶速率.下面(xià
mian)表格中是铁路设计人员技术手册中弯道半径r及与之对应的轨道的高度差h.
660
弯道半径 r/m
内外轨高度差 h/mm 50
330
100
220
150
165
200
132
250
110
300
(1)根据表中数据,试导出h和r关系的表达式,并求出当r=440 m时,h的设计
2
θ=0,N=mg− 达到最大,N<mg,所以选项 A
答案(dá àn):BD
第十页，共十八页。
圆周运动的实例分析 说课课件 -2024-2025学年高一下学期物理教科版(2019)必修第二册
课程标准：1.能用牛顿第二定律分析匀速圆周运动的向心力
。
教学重难点
2.能分析生活和生产中的离心现象。
竖直面的“杆模型” 竖直面的“绳模型” 汽车“过拱桥” 汽车“过凹形桥”
1. 对各种竖直面的圆周运动进 行探究对比分析； 2. 能够真正理解轨迹中特殊位 置的向心力供需关系。
教学目标 教学分析 教教学学目目标标 实验器材分析 实验过程设计 实验效果评价
逻辑分析能力不强；
归纳总结能案力例不足之。间没有直接的逻辑关联性高！一 学生
教学目标 教学分析 教学目标
核心素养
1. 培养对生活现象的观 察能力，对运动形式有 准确的认知； 2. 理解并掌握处理圆周 运动的基本思路，并学 会对特殊位置定量分析； 3. 形成向心力的供需关 系观念，能分辨圆周运 动、离心运动、向心运 动的供需关系。
教材思路：
依次讨论
几种圆周运动实例
理论推导 对向心力供需关系进行定量分析
学情分析 通过学情调查，充分了解学生的知识基础与能力水平
物理知识： 有一定的关于圆周运动的生活经验和分析向心力 来源的基础知识； 技术手段： 较好的动手能力、观察能力。
分析的内容都比较固化、直接，不够深入； 缺乏定量探几究乎的意全识为；理论分析；
竖直面的“杆模型” 竖直面的“绳模型”（近心运动）
汽车“过拱桥”（离心运动）
教学总结：
汽车“过凹形桥”
简明
直接
巧妙
有效提升了学生的科学探究能力和物理学科核心素养
圆周运动的实例分析
谢 谢 聆听
批评指证
实验装置：
外轨
二极管
内轨
圆周运动演示仪
教学目标 教学分析 教教学学目目标标 实验器材分析 实验过程设计 实验效果评价