4. 圆周运动与人类文明（选学）教学目标

高中物理§

5.7《生活中的圆周运动》教学设计

介休一中

王晋伟

年 月 日

课

题

本节课选自第五章《曲线运动》第七节《生活中的圆周运动》，本节课在匀速圆周运动的基础上，浓墨重彩地描述了铁路的弯道、拱形桥、航天器中的失重现象、离心运动等日常生活中的圆周运动。本节课所展现的研究方法充分体现了圆周运动的基本研究思想，即“受力分析，供需平衡”，

探究过程真正使学生体会了物理学之美——源于生活而高于生活。注意引导学生应用牛顿第二定律和有关向心力知识分析实例；熟练掌握应用向心力知识分析两类圆周运动模型的步骤和方法

高一学生具备有一定的逻辑思维能力和推理能力，此阶段的学生已经学习了《圆周运动》、《向心加速度》、《向心力》等知识点，对匀速圆周运动有了一定的了解，为本节内容的学习做了铺垫。但是对于如何将此规律应用到实际的生活中去，还需要进一步练习。同时，本班学生学生逻辑思维能力还有待加强，因此，在教学中较适宜采用实际生活中的例子引入教学问题，以提高学习兴趣。

知识与技能

1．知道如果一个力或几个力的合力的效果是使物体产生向心加速度，它就是圆周运动的物体所受的向心力．会在具体问题中分析向心力的来源．

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．

过程与方法

1．通过对匀速圆周运动的实例分析，渗透理论联系实际的观点，提高学生分析和解决问题的能力．

2．通过匀速圆周运动的规律也可以在变速圆周运动中使用，渗透特殊性和一般性之间的辩证关系，提高学生的分析能力．

3．通过对离心现象的实例分析，提高学生综合应用知识解决问题的能力．

情感、态度与价值观

1．通过对几个实例的分析，使学生明确具体问题必须具体分析，理解物理与生活的联系，学会用合理、科学的方法处理问题．

．

2．通过离心运动的应用和防止的实例分析．使学生明白事物都是一分为二的，要学会用一分为二的观点来看待问题．

3．养成良好的思维表述习惯和科学的价值观．

§

5.8生活中的圆周运动

课

型

新授课

（2课时）

教材分析

学情分析

教学目标

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教学重点、难点教学方法教学重点

1．理解向心力是一种效果力．

2．在具体问题中能找到是谁提供向心力的，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．关于对临界问题的讨论和分析．

3．对变速圆周运动的理解和处理．

教学活动

教学手段

探究、讲授、讨论、交流、验证、练习

教具准备

多媒体课件

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[新课导入]

[复习提问]

师：请同学们回顾并叙述出对于圆周运动你已经理解和掌握了哪些基本知识

生：我已经理解和掌握了可以用线速度、角速度、转速和周期等来描述做圆周运动物体的

运动快慢；知道了圆周运动一定是变速运动，一定具有加速度；掌握学

了对于圆周运动的有关问题还必须通过运用牛顿第二定律去认真分析和处理．

生：从匀速u圆周运动中总结出来的基本规律，通过运用等效的

物理思想也可以去处理变速圆周运动的有关问题．

师：刚才几位同学各自从不同的角度回顾和交流了对圆周运动有关基本知识和基本规律的认识．而我们知道学以致用是学习的最终目的，本节课将通过几个具体实例的探讨来深入理解相关知识点并学会应用．

生

活

动

[新课教学]

一、铁路的弯道

【环节一】探究火车转弯问题

1.创设情景，提出问题

用多媒体向学生展示一个最近刚发生的刚果火车出轨事故。

并提出问题：

（1）大家看事故片段，看看为什么翻车？

（2）哪里容易翻车？做什么运动？

学生观看视频报道后，对报道内容进行分析，对事故原因进行调查分析得出火车车速过快是导致火车翻车的根本原因，且明确了火车是在做圆周运动，在转弯的时候容易翻车的事实。

2.回归生活，深化探究

教师用多媒体展示火车车轮和铁轨的基本形状，并提出下列问题：

（1）圆周运动平面是哪个？圆心在哪里？

（2）由谁提供向心力？

vFMRMR

教师用多媒体提出问题：

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学

生

活

动

【设计意图】1.引导学生

产生对火车问题的探究

欲望，明确研究火车转弯

问题的必要性，为接下来

的探究做铺垫；

2.在观看的过程中也使

学生体会生命的脆弱和

宝贵；

3.教师顺势

提出今天研究的第一个

课题火车的转弯问题—

—水平面内的圆周运动。

学生思

考：火车是在

水平面内做

圆周运动，所

需向心力是

由铁轨与车

轮之间的挤

压力提供，并

得到的结论。

2

2

第二环节：数据论证：

火车速度为80km/h，弯道的半径R =800m，火车的质量m =8×105kg，转弯时轮缘对轨道侧向的弹力F1多大？当火车的时速提高到180km/h时，弹力F2变为多大？

学生结论：轮缘与外轨间的相互作用力太大，铁轨和车轮极易受损！

vFmR2得：F1

=4.9×10N

5 第三环节：改进设计

要提高火车车速有三种方法，方案一：提高铁轨质量，增强铁轨的抗挤压能力；方案二：增大转弯半径；方案三：垫高外轨，使铁轨向内倾斜一定角度。

教师对三种方案进行分析：方案一：提高铁轨质量受技术制约，且成本太大，不是很理想；方案二：容易受地理环境的局限；方案三：比较合理。请一位同学在黑板上对按照方案三改装的转弯火车进行受力分析，F合=F，向=Mgtan =2.5×

vgRtan

教师用多媒体提出问题：（1）如果刚才那辆火车速度提高学生思到动车组300公里每小时的程度？刚好由F合提供向心力，倾考：火车车速斜角应为多大？

过慢将由内

轮和铁轨的挤压力、重力以及铁轨对火车的支持力的合理提供向心力。车速过快则有外轮和外轨

的挤压力、重

力以及铁轨（2）如果火车的车速比正常情况下，向心力还是原来的对火车的支大小吗？由谁来提供？如果车速比正常情况大又如何？车速持力提供向过快将发生什么情况？

心力，车速过教师总结：向心力并不一定是由一个力提供，也可以有几快，所提供的个力的合力提供。在研究水平面内的圆周运动的时候我们应该向心力不足，遵循以下三部曲解题：

火车将发生1.找“心脏”；

脱轨翻车事2.分析力；

故。

3.列方程。

设计意图：本环节通过对火车转弯问题的探究，使学生掌握水平面内的圆周运动的一般研究方法。

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【环节二】拱形桥

教师多媒体提出问题：过凸的路面时，如果速度不断变大，大到一定程度会出现什么情况？

学生思考：车会飞起来。

教师多媒体展示“最牛超车，从车顶飞过”视频

学生分小组交流和讨论：在B点更容易爆胎。

路面凹凸不平，如果进行理想化处理就如下图一样，类似

于两个圆弧组成。

A

B

有一载重汽车和我们一起开着，晃晃悠悠的，我一直在担

心一件事情，就是怕这辆载重汽车会爆胎。下面同学们思考一个问题，如果这辆载重汽车以不变的速度行驶，A、B两点哪里

更容易爆胎？为什么？

如果在A点对汽车进行受力分析如下左图所示，再根据圆周运

学生思考：不是匀速圆周运动，但是向心力公式仍然适用，因为当时在推导向心力公式的时候就已经知道它具有瞬时性。

学生思考总结：

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【设计意图】本环节通过对凹凸路面问题的探究，使学生掌握竖直平面内的圆周运动的一般研究方法，并通过感受建立模型的过程，使学生明白模型的重要意义。此外，通过对圆周运动一般研究方法的总结，使学生的总结方法的能力得到进一步提升。

mv2动公式可得：Nmg rmv2B点 可得：Nmg

r教师：后来那辆载重卡车，果然如你们所预料的那样在凹的地方爆胎了。我们如果把刚才的凹凸路面理想化，建立起研究凹凸路面问题的一般模型，就完全可以把刚才研究凹凸路面的方法推广到研究整个竖直平面内的圆周运动，例如研究拱形桥问题等等。

教师提出问题：在上面的学习过程中我们已经对竖直面内的圆周运动有了初步认识，但是我突然发现了一个问题，在研究凹凸路面的时候汽车是否做匀速圆周运动？向心力公式是否仍然适用呢？如果不成立问题可就严重了。

教师：这节课到现在为止，我们已经探究了研究水平面内的圆周运动和竖直面内的圆周运动，并分别得到了研究的方v2法，接下来同学们能不能总结一下研究圆周运动的一般方法。

Fnmm2rr的特点列方程求解。

【环节三】探究航天器里的失重现象

结合匀速圆教师多媒体提出问题：过凸的路面时，如果速度不断变周运动

大，大到一定程度会出现什么情况？

学生思考：车会飞起来。

教师多媒体展示问题：

（1）现在不断在大脑里把桥放大，想象成一个地球，凸

面的半径就是地球半径R（约为6400km），排除一切阻力，汽车将会做怎样的运动？

（2）如果汽车质量是m，重力加速度为g，那么汽车达到刚才的那种状态速度应该要多大？

（3）汽车座椅对驾驶员的支持力为多大？

处理圆周运动问题的一般步骤：

（1）明确对象，找出圆周平面，确定圆心和半径；

（2）进行受力分析，画出受力分析图; （3）求出在半径方向的合力，即向心力；

（4）用牛顿第二定律

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【设计意图】通过对航天器中失重现象的分析，是学生对于竖直面内的圆周运动有一个更深刻的认识，使他们更深刻的体会凹凸路面模型的重要性。

学生思考：汽车将永远不会掉下来，贴着地球表面做圆周运动，速度大小是vgR. 对汽车驾驶员进行受分析，如右图所示根据牛顿第二定律mv2和向心力公式可得mgN

R

学生思考：如果飞行速度再快一点，由于重力不能提供足够的向心力，汽车就飞离了地球表面，往高空去了。

因为vgR，故座椅对驾驶员的支持力N0，根据牛顿第三定律可得驾驶员对座椅的压力N0，驾驶员处于失重状态。

教师总结：如果我们把这个汽车想象成空间站等绕着地球旋转的航天器的话，里面的驾驶员就是宇航员，他们所处的状态也是失重状态。

【环节四】探究离心现象

教师多媒体展示问题：如果刚才那辆绕地球飞的汽车的速度再加快一点呢，会发生什么情况？

教师总结：做匀速圆周运动的物体，在所受合力突然消失，或者不足以提供圆周运动所需的向心力的情况下，就做逐渐远离圆心的运动。这种运动叫做离心运动。

设计意图：通过对离心现象的讨论，使学生更加熟练圆周运动的研究方法，对向心力的认识更加清晰，也进一步开阔的学生的思维。

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教师用多媒体向学生展示日常生活中的各种离心现象，例如制作棉花糖等等。

作业教学后记

板书设计

完成“问题与练习”中的题目．

8．生活中的圆周运动

一、铁路的弯道

1．讨论向心力的来源：

2．外轨高于内轨时重力与支持力的合力是使火车转弯的向心力

3．讨论：为什么转弯处的半径和火车运行速度有条件限铡? 二、拱形桥

1．思考：汽车过拱形桥时，对桥面的压力与重力谁大? 2．圆周运动中的超重。失重情况．

三、航天器中的失重现象

四、离心运动

1．离心现象的分析与讨论．

2．离心运动的应用和防止．

教有所思

通过本节课的学习，学生能在教师的引导下积极参与，进行猜想、思考、讨论。通过对几个实例的分析，使学生明确具体问题必须具体分析，理解物理与生活的联系，学会用科学、合理的方法处理问题，提高学生综合应用知识解决问题的能力，充分体验了物理学源于生活高于生活

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高中物理§

5.7《生活中的圆周运动》教学设计

介休一中

王晋伟