《生活中的圆周运动》教学设计

程志攀

[中图分类号]G623.5 [文献标识码]A [文章编号]2095—3089（2017）12-0066-01

教学目标：

1.知识与技能

（1）会在具体问题中分析向心力的来源，强化对实际提供给物体的向心力的认识。深刻领会到它是按效果命名的力。

（2）会运用牛顿第二定律解决生活中的一些匀速圆周运动问题。

2.过程与方法

（1）通过对火车车轮及铁轨高度差异的调查，引导学生积极参入一些科学实践活动，体验科学探究过程，培养信息收集和处理的能力，并通过自己的努力解决一些问题。

（2）联想政治课中“价值规律”，引导学生敢于突破潜意识的学科牢笼，有一种强烈存同求异的意识，能够大胆猜想并严加考证，具备初步的科学探究能力。

3.情感态度与价值观

（1）通过圆周运动表演和实地调查，培养学生参入科学活动的热情。

（2）对一篇火车脱轨报道的分析，培养学生实事的科学态度和科学精神，具备应用物理知识判断大众传媒有关信息是否科学的意识。

教学重点：1.会在具体问题中分析向心力的来源

2.提炼牛顿第二定律解决匀速圆周运动的思路。

教学难点：会运用牛顿第二定律解决生活中的一些匀速圆周运动问题。

回顾：

一、向心力的认识：提供的向心力与需要的向心力

匀速圆周运动：合外力就是提供的向心力。即∑F=ma_向

联想：政治课中的价值规律也有提供和需要啊，和我们这里是否有相通的地方呢？（课下思考）

进入新课：上节课我们讨论的是完整的匀速圆周运动模型，其实生活中还存在着大量的部分圆周运动，比如：各种车的转弯。

一、实例分析

1.火车在转弯

引入：平直的铁路上，两条铁轨是等高的。火车之所以很少脱轨，跟它独特的车轮特点是很有关系的，那么火车车轮究竟有着怎样的特点呢？

学生：火车两边的车轮内侧都有突出的边缘，这样就好像把火车卡在中间一样，不容易翻身。实际是不是这样呢？

问题1：如果在火车转弯的位置，两条铁轨也是等高的。那么转弯时所需要的向心力，具体来说，又是由谁来提供呢？

学生：外轨对轮缘的弹力。

过渡：依据牛顿第二定律F=m（v²/r），由于火车的质量很大，外轨对轮缘的弹力也就很大；轮缘对外轨的侧向压力就很大，而铁轨侧向接触面积小，能够承受的压力就小，很容易发生形变。

问题2：那实际上转弯的位置，两条铁轨是不是一样高呢？

学生：外轨比内轨略高。

问题3：这样设计有什么好处呢？

学生：将外轨微微抬高，发现铁轨对火车的正向支持力方向不再竖直，而是斜向弯道道的内侧，水平分力就可以提供一部分向心力，这就减轻了轮缘与外轨的挤压。如果抬到适当高度，就可以使水平分力刚好能提供所需要的向心力。这个水平分力就是重力与支持力的合力。

[例题]：铁路转弯处的圆弧半径是r，两轨间距是d，内外轨的高度差为h，问规定火车通过这里的理想速度是v₂应满足什么样的关系呢？

讨论：若V>V₀，则外轨对轮缘有侧压力；

若V

[问题4]：为何人们发现火车站附近，火车转弯处出现外轨内侧上部分光亮而内轨内侧仍然如初呢？

学生：说明外轨内侧与火车轮缘摩擦频率高些，外轨内侧与车轮边缘经常出现挤压，外轨对轮缘有侧压力，经过这个位置时，火车的速度比规定速度快些。

[例题]：日本火车脱轨事故并分析。

本报东京4月26日电（记者陈超）4月25日上午9时18分，日本兵库县尼崎市境内发生一起重大列车脱轨颠覆事故，此次事故现场为半径300米的急转弯处。为便于转弯，外侧铁轨比内侧铁轨高出97毫米。這样的急转弯以时速70公里的速度通过，火车是否因为超速而脱轨？

[总结]运用牛顿第二定律解决匀速圆周运动问题思路

二、匀速圆周运动的解题思路

画轨迹、找圆心、定半径

明确对象 运动分析 受力分析 列方程解

二力：平行四边形

一般：正交分解

注：参考向心加速度方向

[社会实践]：汽车在平直公路上转弯和在高速公路上转弯一样吗？分别由谁来提供向心力？你能像老师一样实地考察一下，录下你的视频吗？（课下完成）

刚才是物体在水平面做的部分圆周运动，那大家能不能举出竖直面作圆周运动的例子呢？

2.汽车过拱桥

图片引入：

（公路在水库泄洪闸下游时常常要修建凹形桥，也叫“过水路面”）

[练习1]：质量为m的汽车以速度v通过半径为R的凸型桥。它经桥的最低点时对桥的压力为多大？比汽车的重量大还是小？速度越大压力越大还是越小？

[练习2]：质量为m的汽车以速度v通过半径为R的凹型桥。它经桥的最低点时对桥的压力为多大？比汽车的重量大还是小？速度越大压力越大还是越小？

说明：在竖直面内物体一般不是做匀速圆周运动，注意说明向心力和向心加速度公式虽然是从匀速圆周运动得出的，但也适用于变速圆周运动.

举例：生活中做竖直圆周运动的实例，并表演水流星节目

二、总结：

1.通过实例强化了对向心力的理解，熟练了分析运动来求物体需要的向心力，并结合受力分析找到向心力的来源即实际提供给物体的向心力。

2.规范了应用牛顿第二定律解决匀速圆周问题的思路。

板书：

一、匀速圆周运动的解题思路

画轨迹、找圆心、定半径。

明确对象 运动分析 受力分析 列方程解。

二力：平行四边形。

一般：正交分解。

注：参考向心加速度方向。