“生活中的圆周运动”教学案例

“生活中的圆周运动”教案

物理组 6号

【教学设计思路】

“生活中的圆周运动”是一节圆周运动的应用课，教材中的每个实例都各有特点，很有代表性。因而本节教学属于一个“构建新的知识体系”和“掌握分析问题的方法”的过程。具体设计如下：

圆周运动是日常生活中的常见现象，但学生对此并没有深刻的了解。他们往往能够直观感觉到物体在做圆周运动，但并不知道如何分析这一运动现象。而且大多数学生错误地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一个力。

本节课将在学生原有知识和生活经验的基础上，以火车经过圆形轨道、汽车过拱桥（分析桥面为什么不能是凹形的）、生活中的离心运动三个问题为主线，通过多媒体演示、实验和探究完成整节课的教学内容，使学生理解生活中圆周运动的本质，并能运用牛顿第二定律来求解圆周运动中问题。同时，还要使学生明确向心力是一个效果力，以及离心运动发生的条件。通过应用实例，让学生了解物理知识对人类的生活产生的巨大的影响，从而达成预定的三维教学目标。

【教学目标】

1.知识与技能

⑴能定性分析火车外轨比内轨高的原因。

⑵能用牛顿第二定律定量地分析汽车过拱形桥最高点和凹形桥最低点的压力问题。

⑶知道航天器中的失重现象的本质。

⑷知道离心运动及其产生的条件，了解离心运动的应用和防止。进一步领会力与物体的惯性对物体运动状态变化所起的作用。

2.过程与方法

⑴培养学生自主学习的能力。

⑵通过“以问题为主线”的教学方法，培养学生提出问题的能力。

⑶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。

⑷通过展示视频和实验，培养学生的观察能力。

⑸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

⑴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。

⑵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和生产实践的意识。

【重点难点】

重点：运用牛顿第二定律求解生活中的圆周运动。

难点：⑴火车外轨比内轨高的原因。

⑵运用牛顿第二定律求解汽车过拱形桥最高点和凹形桥最低点的压力问题。

【教学方法】

讲授、分组讨论、实验、探究

【学习方法】

自主学习、交流合作、共同探究

【教学仪器】

多媒体计算机、实物投影仪、

【教学过程】

五、教学过程设计

1.引入

播放视频:冬奥会女子短道速滑1500米录像。请同学们观察运动员在直道上和弯道上身体姿势的区别。(设计目的:例子具有直观性，学生对此印象深刻,兴趣浓厚。该例与接下来要分析的火车转弯问题有很强的相关性,过渡较为自然,是个很好的类比式教学。该例同时体现出中国运动员高超的竞技水平和为国争光的强烈信念,是一个爱国主义教育和价值观教育的典例。学生在思考这个问题时会想到向心力。)

2.典例分析

(1)火车转弯问题分析

提出问题:火车转弯时,是什么力作为向心力呢?对于这个问题,学生不能马上做出回答,原因是对车轮的结构不甚了解,因此先投影出显示车轮结构的图片,在了解到这一特殊结构之后,让学生边作受力图边寻找向心力的来源。学生能够指出导轨对车轮有弹力。（设计目的是培养学生分析实际问题的能力，这一节课我们分析的实例是有限的,我们希望学生能够在遇到生活中的实际圆周运动时,也有信心、有能力去找到相应的向心力)

进而分析这个弹力存在的利弊,接着提出问题,有没有办法解决弹力的问题。(从身

体倾斜联想到火车车身的倾斜,学生会在这里感受到人类智慧的光芒,从而激发了学生的学习兴趣和求知的欲望)

(2)凹形桥、拱形桥及航天器问题分析

凹形桥和拱形桥是我们在城市中常见的,汽车过桥时的运动可以看作圆周运动。设汽车的质量为m,过凹形桥最低点时的速度为v,桥面半径为r,分析汽车过桥的最低点时对桥的压力,这里可引导学生动笔对小车进行受力分析,找到圆运动的圆心,列出方程,解出桥对车的支持力。

由F1-G=mv2/r得到F1=G+mmv2/r

(这一实例与上个火车转弯问题的不同在于这是个竖直面内的圆周运动,通过分析又让学生经历了一次从确定对象、找到圆平面与圆心,到受力分析、寻找向心力来源,再到根据牛顿运动定律列出方程的全过程,对如何分析圆周运动有了更全面的认识,也从中获得了自己去分析问题的兴趣和信心)

接下来再让学生自己分析类似的拱形桥问题,得出汽车过拱形桥时对桥面压力比重力小的结论,在此又可以进行适当的安全意识培养.(先分析凹再分析拱,是因为从拱形桥可以比较自然地过渡到航天器,同时让学生有一次发散性思维的体验,这种联想对学生是有益的)

(3)航天器中的失重现象

提问:航天器中的人和物为什么会处于失重状态呢?这种失重与电梯中的失重现象有什么异同吗?从圆周运动的角度分析航天员失重的原因(根据学生的接受能力决定是否将两个不同地方的失重放在一起分析其本质原因)

(4)离心运动

这里要让学生弄清楚物体做圆周运动是有条件的(向心力),当这个条件不满足时,物体便不能做圆周运动了。可播放视频:短道速滑运动员意外跌倒后的运动路径。请学生思考:为何跌倒后圆周运动不能继续了?

1、定义：做匀速圆周运动的物体，在所受外力突然消失或者不足以提供圆周运动所需的向心力情况下，就做逐渐远离圆心的运动，这种运动叫做离心运动。

2、本质：离心现象是物体惯性的表现。

3、离心运动的条件

① 向心力的作用效果是改变物体的运动方向，如果它们受到的合外力恰好等于物体所需的向心力，物体就做匀速圆周运动，此时，F=mrω2 。

② 如果向心力突然消失（例如小球转动时绳子突然断裂），则

物体的速度方向不再变化，由于惯性，物体将沿此时的速度方向（即切

线方向），按此时的速度大小飞出，这时F=0。 ③ 如果提供的外力小于物体做匀速圆周运动所需的向心力，虽然物体的速度

方向还要变化，但速度方向变化较慢，因此物体偏离原来的圆周做离

心运动，其轨迹为圆周和切线间的某条线，如图4所示，这时，F

4、 离心运动的应用和危害

① 利用离心运动制成离心机械，例如离心干燥器、洗衣机的

脱水筒和离心转速计等等。

② 在水平公路上行驶的汽车，转弯时所需的向心力是由车轮与路面间的静摩

擦力提供的。如果转弯时速度过大，所需向心力F 很大，大于最大静摩擦力Fmax ，汽车将做离心运动而造成交通事故。如图5所示。因此，在转弯处，为防止离心运动造成危害：一是限定车辆的转弯速度；二是把路面筑成外高内低的斜坡以增大向心力。

最后教师进行总结性陈述。还可选择播放生活中一些涉及离心运动的视频,拓

宽学生的知识面,也告诉他们要留意生活中的物理现象。(离心运动在生活中也是常见的现象,只不过学生平时不太留意,也从来没从力与运动关系的角度去思考过这个问题,通过离心运动的介绍使学生对于圆周运动的条件有了更深刻的认识,考虑问题更加全面了。

一、新课引入

创设情景，提出问题

由学生列举日常生活中常见的曲线运动。再演示“生活中的圆周运动”的视频。此视频只是为了引出课题而设，不宜过多说明。

（说明：本过程的目的是，以视频中有趣的现象为载体，激发学生主动学习的兴趣，并引出课题。）

二、新课教学

问题1 火车在转弯时，实际是在水平面内做圆周运动，因此会受到向心力的作用，那么究竟是什么力提供了向心力呢？

通过展示火车模型和图片，让学生总结火车车轮的特点。

（说明：本过程的目的是锻炼学生的观察能力和表达能力。）

让学生独立分析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（图4）

（图5）